[发明专利]一种高介电常数的Bi1-xDyxFeO3 薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种高介电常数的Bi_1-xDy_xFeO₃薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，BiFeO₃作为一种新型的铁磁电材料，具有铁电性和反铁磁性，并伴随弱的铁磁性引起了人们极大的兴趣。BiFeO₃具有三方扭曲的简单钙钛矿结构，室温下同时具有铁电有序(T_C～1023K)和G型反铁磁有序(T_N～643K)，是少数几种单相多铁材料之一。铁电薄膜以良好的铁电、压电、介电等性质，成为可广泛应用于微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统等领域的重要功能材料。

目前用于制备BiFeO₃薄膜的方法有很多，有化学气相沉积法(CVD)、磁控溅射法(rf magnetron sputtering)、金属有机物沉积法(MOD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、液相沉积法（LPD）、分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)等。然而，BiFeO₃本身性质决定了其很难制备出纯相，并且观测到饱和电滞回线。一方面由于BiFeO₃薄膜在退火过程中，Bi³⁺离子的挥发和Fe³⁺向Fe²⁺的波动所形成的氧空位，导制薄膜大的漏电流；另一方面，BiFeO₃本身具有的低介电常数和低电阻率等性质致使很难观测到电滞回线。这些特点都大大地限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高介电常数的Bi_1-xDy_xFeO₃薄膜及其制备方法，该方法设备要求简单，实验条件容易达到，制备的薄膜均匀性较好，掺杂量容易控制，并能够大幅度提高薄膜的介电性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高介电常数的Bi_1-xDy_xFeO₃薄膜的方法，其化学式为Bi_1-xDy_xFeO₃，x=0.06～0.08；在1kHz下，其介电常数为152.8～241.6。

其为菱方结构，空间点群为R-3m(166)，晶胞参数晶粒尺寸大小为20～120nm。

包括Bi_0.94Dy_0.06FeO₃薄膜和Bi_0.92Dy_0.08FeO₃薄膜；并且在1kHz～1MHz频率范围内，Bi_0.94Dy_0.06FeO₃薄膜的介电常数为152.8～141.2，Bi_0.92Dy_0.08FeO₃薄膜的介电常数为241.6～215.7。

高介电常数的Bi_1-xDy_xFeO₃薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按摩尔比为(1.05-x):1:x将Bi(NO₃)₃·5H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O和Dy(NO₃)₃·6H₂O溶于由乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的混合液中，搅拌均匀，得到前驱液；其中，前驱液中总的金属离子浓度为0.25～0.35mol/L，x=0.06～0.08；

步骤2：将前驱液旋涂在FTO/glass基片上制备湿膜，湿膜经匀胶后在180～210℃下烘烤得干膜，再在540～550℃退火，得到Bi_1-xDy_xFeO₃薄膜；