[发明专利]钛酸锶钡铁电纳米单晶颗粒及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纳米材料领域，涉及一种钛酸锶钡铁电纳米单晶颗粒及其制备方 法，尤其涉及应用于面向超高密度铁电存储器平面纳米有序阵列结构自组装的近 单一尺寸立方形钛酸锶钡铁电纳米单晶颗粒及其制备方法。

背景技术：

20世纪中期以来，大规模集成电路和存储技术以指数规律的速度飞速发展， 电子器件不断小型化和微型化，芯片上晶体管特征尺寸正在由亚微米向纳米尺度 推进。由于基于“自上而下(top down)”的传统平面微电子加工技术用于纳米器 件的加工随尺寸的减小遇到了越来越大的困难，基于“自下而上(bottom up)” 概念的化学可控合成与纳米自组装技术展示出了将微电子技术推向纳米电子技 术的巨大潜能，因而对适用于自组装的各种半导体和功能性氧化物纳米晶的制备 研究已成为当今纳米材料和固体电子领域中的研究热点，在硅半导体衬底上如何 有效实现纳米尺度铁电有序阵列结构已成为发展超高密度铁电储存技术的一个 瓶颈问题，引起了各国微电子领域材料科学家与物理学家的高度重视和浓厚兴 趣。功能氧化物纳米晶自组装后可制作各种微纳米电子或光电子器件，铁电氧化 物纳米晶是制备下一代超高密度非挥发存储器的结构单元。铁电存储器断电数据 不丢失的非挥发性，且具有读写时间短、数据存储时间长和抗辐射能力强等优点， 可满足计算机对高速、高密度等存储性能的要求，尤其在军用和太空探测等众多 领域显示出很大的技术优势和发展潜力。基于由功能性纳米晶自组装成纳米器件 的发展趋势，近几年来采用化学液相方法制备高质量纳米晶受到了人们的极大关 注，在纳米晶生长机制理论研究与制备工艺等方面均取得了显著的进展。

钛酸锶钡是具有优良介电、热释电和铁电性能的复合氧化物，其居里温度和 自发极化等铁电性能可以通过组成的改变而得到调节。合成与制备出近单一尺 寸、形状规则和无应力的钛酸锶钡铁电纳米单晶颗粒是通过自组装实现新一代超 高密度存储器和微型红外探测器件的关键环节。

目前，用于制备单分散钛酸锶钡纳米晶的方法主要有自燃烧法、溶胶-凝胶 法、共沉淀法、水热法等等。自燃烧法制备钛酸锶钡纳米晶往往尺寸和形貌难以 控制。溶胶-凝胶法和共沉淀法作为有效的纳米晶湿化学制备方法，往往需要后 期的热处理，使纳米晶粒间易发生团聚而产生分散的困难，无法满足自组装对纳 米晶的要求。水热合成虽被人们认为是最有潜力的方法，但传统的水热法中需要 以NaOH、KOH等强碱作为矿化剂，从而使所制备纳米晶有可能被碱金属或卤 化物离子污染，引起材料铁电性的硬化。此外，就平面纳米有序阵列结构自组装 对纳米晶要求而言，迄今在公开发表的文献中报道的通过各种方法制备得到的铁 电纳米晶均未达到近单一尺寸和形状规则的水平。

发明内容：

本发明的目的是要克服现有制备方法中的尺寸和形貌难以控制，得到的铁电 纳米晶均未达到近单一尺寸和形状规则的水平等不足，而提供一种钛酸锶钡铁电 纳米单晶颗粒，本发明的另一目的是提供了上述钛酸锶钡铁电纳米单晶颗粒的制 备方法。

本发明的技术方案为：一种钛酸锶钡铁电纳米单晶颗粒，其特征在于该铁电 纳米晶具有近单一尺寸分布和立方的几何形貌，化学分子式为Ba_1-xSr_xTiO₃，其中 x为0～0.9。

本发明还提供了上述钛酸锶钡铁电纳米单晶颗粒的制备方法，其具体步骤如 下：

(1)搅拌作用下，在冰水浴中于冰冷冻去离子水中滴加TiCl₄，形成摩尔浓度为 0.1～0.5M的无色透明TiOCl₂溶液；然后按3～4ml/ml TiCl₄滴入氨水，形成白色 无定形水合二氧化钛凝胶；将此凝胶用去离子水清洗至pH为6.5～8，经离心分 离得到水合二氧化钛凝胶；

(2)依据Ba_1-xSr_xTiO₃纳米晶化学计量要求，其中x为0～0.9，在70～90℃的温 度环境和惰性气体气氛保护下，将Ba(OH)₂·8H₂O、Sr(NO₃)₂溶解于去离子水中， 制备得到透明钡锶水溶液，控制透明钡锶水溶液中钡离子的摩尔浓度为 0.1～1.0M；