[发明专利]铈钇共掺钛酸锶钡纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机电子功能材料技术领域，涉及复合掺杂铁电纳米材料及其制备方法，可应用于随机存储器(DRAM)、热释电红外探测器、微波调谐器件等领域。

背景技术

钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃，BST)纳米材料因高的介电常数、低的漏电流密度以及介电常数与电场的非线性关系而在DRAM、红外探测器和微波调谐器件等领域具有广泛的应用前景，特别是介电常数与电场的非线性关系使其成为可以取代半导体材料和铁氧体材料的用于微波调谐器件的新型调谐材料。但是，要实现BST纳米材料的应用，BST纳米材料必须同时具有高的介电常数、高的调谐率、低的介电损耗以及高的介电温度稳定性等优异的综合介电性能。成分优化特别是成分掺杂可以改善BST纳米材料的结构而提高其综合介电性能，但是，常规单一成分的掺杂只能个别或部分地提高BST纳米材料的介电性能，难以达到提高BST纳米材料综合介电性能的目的。

BST纳米材料的铈掺杂或钇掺杂是近年出现的掺杂方式。铈掺杂[JOURNAL OFAPPLIED PHYSICS，99(2006)013504-1-6]有助于形成外延薄膜、减小薄膜的应力，进而提高BST纳米材料的介电性能，铈掺杂的BST薄膜可获得41.6％的调谐率，0.0210的介电损耗，小于30V的耐压能力，以及175～325K温度范围内9.2×10^-4/K的介电常数温度系数。钇掺杂[中国粉体技术，5(2005)1-5]有助于改变晶胞参数的c/a比、减小薄膜的晶粒尺寸、提高薄膜的致密度，进而提高薄膜的介电常数和减小薄膜的介电损耗，钇掺杂的BST薄膜可获得60.8％的调谐率，0.0265的介电损耗，小于20V的耐压能力，以及175～325K温度范围内8.9×10^-4/K的介电常数温度系数。文献[APPLIED PHYSICS LETTERS 87(2005)192906]表明，钇掺杂能同时显著改善BST薄膜的介电常数、介电调谐率和漏电流密度。铈或钇单一成分掺杂的BST纳米材料，由于内部电荷不能完全平衡，存在较大浓度的氧缺位缺陷浓度，晶粒尺寸较大，难以提高BST纳米材料的综合介电性能。

发明内容

本发明提供铈钇共掺钛酸锶钡纳米材料及其制备方法，以提高BST纳米材料的综合介电性能。

本发明技术方案如下：

铈钇共掺钛酸锶钡纳米材料，主体成分为Ba_xSr_1-xTiO₃(0.2≤x≤0.8)，具有铁电纳米晶体结构，其中，部分Ba²⁺离子和Sr²⁺离子被Y³⁺离子替位取代，部分Ti⁴⁺离子被Ce⁴⁺离子替位取代，各成分原子摩尔比为：(Ba²⁺+Sr²⁺)∶TiO₃^2-∶(Y³⁺+Ce⁴⁺)等于100∶100∶0.1到100∶100∶5之间，而Y³⁺与Ce⁴⁺的原子摩尔比为：Y³⁺∶Ce⁴⁺等于0.1∶4.9到4.9∶0.1之间。

上述铈钇共掺钛酸锶钡纳米材料，可以是制作在衬底上的纳米薄膜材料，也可以是纳米粉体材料。

铈钇共掺钛酸锶钡纳米薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、分别制得原子摩尔比为Ba²⁺∶Sr²⁺等于1∶4到4∶1范围的钡锶前驱液、钛前驱液、铈钇前驱液。

步骤2、将步骤1所得的三种前驱液按照原子摩尔比为：(Ba²⁺+Ba²⁺)∶TiO₃^2-∶(Y³⁺+Ce⁴⁺)等于100∶100∶0.1到100∶100∶5之间，而Y³⁺与Ce⁴⁺的原子摩尔比为：Y³⁺∶Ce⁴⁺等于0.1∶4.9到4.9∶0.1之间充分混合，并加热搅拌得到铈钇共掺的BST溶胶。

步骤3、将步骤2所得的BST溶胶采用旋转法在衬底上涂覆成湿膜，湿膜再经干燥、脱胶、烘焙及退火而成铈钇共掺BST纳米薄膜材料。

铈钇共掺钛酸锶钡纳米粉体材料的制备方法，包括以下步骤：