[发明专利]一种(020)择优取向钛酸铋薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜材料领域。

背景技术

钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂)是一种性能优异的铁电材料，因其具有独特的电学、光学和光电子学性能，在现代微电子、微机电系统、信息存储等方面有着广阔的应用前景。研究表明掺镧的钛酸铋(Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂)很大程度上提高了钛酸铋的铁电性能，疲劳性能也明显优于传统铁电材料。但是由于大规模集成电路的工艺温度限制在500℃以下，而目前采用现有方法制备掺杂钛酸铋薄膜的温度大多数情况下仍在500℃以上，使得制备出的薄膜表面粗糙、无择优取向性、铁电性能差、致密度低、颗粒分布不均，制备工艺复杂、结晶温度高且难以控制的缺点。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中制备Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂薄膜很难实现沿b轴择优取向，铁电性能差的问题，而提供一种(020)择优取向钛酸铋薄膜的制备方法。

一种(020)择优取向钛酸铋薄膜的制备方法步骤如下：一、将硝酸镧和次硝酸铋的混合物与醋酸按1∶10～80摩尔比混合，然后缓慢加入质量百分比浓度为99.0％～99.8％的乙二醇溶液，使溶液中镧离子和铋离子总和与乙二醇的摩尔比为1∶5～18，室温搅拌8～12min，得溶液A；二、将质量百分比浓度为99.0％～99.8％的乙二醇溶液缓慢加入钛酸四丁酯中，使溶液中钛离子与乙二醇的摩尔比为1∶5～18，室温搅拌8～12min，得溶液B；三、将溶液A和溶液B混合，室温搅拌20～40min，得Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂溶胶；四、将Pt/Ti/SiO₂/Si基片分别在丙酮和无水乙醇中超声处理4～6min，干燥；五、将Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂溶胶通过匀胶机旋涂到处理过的Pt/Ti/SiO₂/Si基片上，以1300～1700r/min旋涂10s，再以2800～3200r/min旋涂15s后在室温条件下干燥4～6min，再置于温度为50～70℃条件下干燥20～40min，得薄膜C；六、将薄膜C放入580～ 620℃马弗炉中焙烧8～12min后取出冷却至室温，得Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂薄膜；步骤一中硝酸镧和次硝酸铋是按照Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂化学计量比称取，其中0<X<1。

本发明中Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂溶胶可进一步制备成Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂纳米粉体，在500℃开始生成钙钛矿相；Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂薄膜呈现(020)择优取向，且x＝0.75时薄膜的择优取向度最高。(020)择优取向将提高铁电性能。本发明的优点是采用溶胶凝胶法制备Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂薄膜材料，工艺简单、结晶温度低、薄膜致密度高、颗粒分布均匀、表面粗糙度小仅为5～10nm，且表现为(020)择优取向性，并可在大面积或者任意形状的基底上成膜，可得到厚度为80～300nm的薄膜，且这种薄膜铁电性能优越，适合工业化生产。

附图说明

图1是具体实施方式十一所得Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂薄膜的XRD谱图，图2是具体实施方式十一中所得Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂薄膜薄膜的原子力显微照片。

具体实施方式