[发明专利]一种钛酸铋铁电薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能膜材料领域，具体指一种钛酸铋铁电薄膜的制备方法。

背景技术

传统的铁电压电陶瓷多含铅（如锆钛酸铅、锆钛酸铅镧），它们在制备和使用过程中，都会给环境和人类健康带来很大的损害。近年来，随着环境保护的需求，很多国家已经开始致力于研发新型的，无毒害的铁电压电陶瓷材料。钛酸铋（Bi₄Ti₃O₁₂)，作为一种性能优良的铁电材料，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、信息存储等方面有逐渐取代传统材料的趋势。但是，由于现在生产工艺等诸多因素的影响导致了钛酸铋铁电膜薄本身抗疲劳性能差、剩余极化值小、存储的可靠性低等缺点，在一定程度上影响了薄膜的应用。所以，一直以来人们致力于通过掺杂手段来提高膜薄的各种性能。从而忽略了对钛酸铋铁电薄膜自身性能的提高。

发明内容

本发明公开一种钛酸铋铁电薄膜制备方法，其目的是为了解决现有技术中制备钛酸铋铁电薄膜的铁电性能差、致密度低和颗粒分布不均匀的问题，而提供一种将钛酸铋前驱液接受Co60照射的新的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钛酸铋铁电薄膜制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1.依照化学式Bi₄Ti₃O₁₂，按化学计量比称取五水硝酸铋和钛酸四丁酯，其比例为每称取10～12g五水硝酸铋，应称取5～6ml钛酸四丁酯；

步骤2.将乙二醇甲醚缓慢加入到五水硝酸铋中，室温下搅拌20～40min，得无色透明溶液A，其比例是每10～12g五水硝酸铋中加入14～16ml乙二醇甲醚；

步骤3.将钛酸四丁酯缓慢加入到乙酰丙酮中，室温下搅拌20～40min，得透明溶液B，其比例是每5～6ml钛酸四丁酯加入到20～25ml乙酰丙酮中；

步骤4.将溶液B缓慢滴加到溶液A中，室温下搅拌50～70min，静置1～2天，过滤，得均匀透明的钛酸铋前驱液；

步骤5.将钛酸铋前驱液放到Co60放射源中接受辐照；

步骤6.将Pt/Ti/SiO₂/Si基片依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中，分别超声清洗8～12min，然后进行干燥；

步骤7.将接受Co60辐照的钛酸铋前驱液通过匀胶机旋涂到经步骤6处理过的Pt/Ti/SiO₂/Si基片上，然后将基片置于90～120℃条件下干燥3～10min，得到薄膜；

步骤8.将薄膜置于300～370℃的环境中烘干15～25min，使有机溶剂挥发，有机物分解，得到厚度为40～55nm的单层无定形的钛酸铋薄膜；

步骤9.重复步骤7-8的涂膜和烘干过程6～8次，得到所需厚度的钛酸铋薄膜；

步骤10.将钛酸铋薄膜放在石英管式炉中，流动的氧气气氛下，从室温升至设定的退火温度650～750℃，保温20～25min，随炉冷却，得到最终膜厚为350～450nm的随机取向的层状钙钛矿结构钛酸铋铁电薄膜。

步骤7中将钛酸铋前驱液通过匀胶机旋涂到处理过的Pt/Ti/SiO₂/Si基片上时，先以900～1500r/min旋涂10s,再以3500～4500r/min旋涂20～30s。

步骤10中，升温速率为10～20℃/min。

步骤5中辐照的吸收计量为10～40kGy

步骤5中辐照的吸收计量为40～60kGy。

步骤5中辐照的吸收计量为60～100kGy。

本发明同传统的钛酸铋铁电薄膜制备过程相比较，所制得的薄膜表面更光滑，更致密；晶粒大小更均匀。对其抗疲劳性及漏电性能进行测试，发现其抗疲劳性能增强，漏电性减小。

附图说明：

图1是吸收计量为10～40kGyCo60辐照的钛酸铋铁电薄膜的XRD谱图；

图2是吸收计量为40～60kGyCo60辐照的钛酸铋铁电薄膜的XRD谱图；

图3是吸收计量为60～100kGyCo60辐照的钛酸铋铁电薄膜的XRD谱图；

图4是吸收计量为10～40kGyCo60辐照的钛酸铋铁电薄膜的SEM谱图；

图5是吸收计量为40～60kGyCo60辐照的钛酸铋铁电薄膜的SEM谱图；

图6是吸收计量为60～1000kGyCo60辐照的钛酸铋铁电薄膜的SEM谱图。