[发明专利]一种单相铁电薄膜、制备方法及有效电阻调控方式

权利要求书

1.一种单相铁电薄膜，其特征在于：包括B位掺杂的锆钛酸钡Ba_1-xSr_xTi_1-yB_yO₃、铁酸铅Pb(Fe_1-yB_y)O₃、钴酸铅Pb(Co_1-yB_y)O₃、锆钛酸铅(Pb_1-xA_x)(Zr_yTi_1-y)O₃、A位掺杂的锰酸钇Y_1-xA_xMnO₃、铁酸铋Bi_1-xA_xFeO₃、钛酸铋Bi_4-xA_xTi₃O₁₂，其中0￡x￡0.8，0￡y￡0.8，A为Sr、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、La、Nd、Tb、Sm、Pr、Mg中的一种或多种金属离子，B为Co、Fe、Nb、Mn、Zr、Zn中的一种或多种金属离子。

2.根据权利要求1所述的单相铁电薄膜，其特征在于：铁电薄膜厚度为0.4-1000纳米，精度为0.4纳米。

3.一种单相铁电薄膜的制备方法，其特征在于：利用脉冲激光沉积、激光分子束外延、磁控溅射的薄膜制备方法制备单相铁电薄膜；采用SrTiO₃、Nb-SrTiO₃、DyScO₃、NdGaO₃、Si作为基片；采用SrRuO₃、Pt、La_xSr_1-xMnO₃、透明氧化物ITO作为顶部或者底部电极，其中0.3￡x￡0.7；具体步骤为：用脉冲激光沉积法或激光分子束外延法制备铁电薄膜，这两种方法具有相同的工艺流程和参数：将基片和靶材安装到生长腔内，随后利用机械泵和分子泵抽成真空，沉积前衬底温度升至为300℃至700℃，氧分压调节到10^-5Pa到10²Pa，随后调节激光器能量为100~300mJ，频率在5~10Hz；预溅射3~5分钟使表面清洁后开始生长，沉积完毕后在300℃至700℃间退火30~60分钟，最后取出铁电薄膜；用磁控溅射法制备铁电薄膜时：基片温度为300℃至700℃，O₂气氛下，氧气分压为0.001~50Pa，溅射功率为100W-1500W，沉积完毕后在300℃至700℃间退火30-60分钟。

4.一种通过铁电极化调控单相铁电薄膜的有效电阻调控方式，其特征在于：使用原子力显微镜或者压电力显微镜，在具有较大电导的单相铁电薄膜上施加大于矫顽场E_c的高频电场E来翻转铁电极化，高频电场E的脉冲时间小于10^-2秒，根据铁电薄膜的厚度，高频电场E的大小在10千伏每厘米到1000千伏每厘米之间，随后施加低于矫顽场E_c的电场E来调控单相铁电薄膜材料的有效电阻。

5.根据权利要求4所述的通过铁电极化调控单相铁电薄膜的有效电阻调控方式，其特征在于：在通过铁电极化调控单相铁电薄膜的有效电阻之前，在具有较大电导或者漏电流的单相铁电薄膜中诱导或翻转铁电极化，提高其抗疲劳性能：使用原子力显微镜或者压电力显微镜，通过大于矫顽场E_c的高频电场E来极化铁电薄膜，脉冲时间小于10^-2秒，高频电场E的大小根据样品厚度在10千伏每厘米到1000千伏每厘米之间，极化面积小以及极化时间短，可以大大降低极化电场E释放的热量，从而安全地极化铁电薄膜；在-100℃以下的低温下采用大于矫顽场E_c的高频电场E极化铁电薄膜，然后在200℃~700℃的较高温度下退火30-60分钟让铁电薄膜恢复半导体导电特征。