[发明专利]无铅铁电厚膜及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于电子功能材料与器件技术领域，尤其涉及一种无铅铁电厚膜及其制备方法。

背景技术

铁电材料是一种储能材料，具有优良的介电性，被各国的研究者广泛研究，并实现了其应用。但是，铁电材料在制备或应用过程中，通常需要用到铅基材料。然而铅基材料在制备、使用和废弃过程中对生态环境和人类健康造成严重危害，因此研制无铅铁电材料，是关系到我国电子技术可持续发展的紧迫任务之一。而钛酸铋钠Na_0.5Bi_0.5TiO₃(简称NBT)是一类钙钛矿型铁电体，其居里点(Tc)为320℃，因其在室温下具有很强的铁电性，被受研究者关注。

并且，随着电子电路微型化和集成化的发展，对电子元器件提出了新的要求。储能电容器作为微电子元器件的关键组成之一，不仅要求其拥有高的储能密度和稳定储能性能，而且还要求其具有适应用于高温高压等极端环境的特性。但是，目前制作的铁电薄膜的厚度较小，储能密度和储能效率较低，其铁电性能容易受地界面、表面等影响，驱动力较小，而且灵敏度低、工作频率窄。并且钛酸铋钠基的储能稳定性差，采用丝网印刷方式，其漏电流较大，不利于其储能，且膜厚度不易控制，造成其击穿电场较低，难以得到实际应用，采用胶体凝胶法制备的无铅铁电厚膜，因受限于临界厚度，其厚度不超过二微米，且胶体性能不稳定，难于在实际中得到应用。

因此，如何提高无铅铁电厚膜的储能密度、储能效率及稳定性，并且制备该无铅铁电厚膜，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种无铅铁电厚膜及其制备方法，能够成功制备具有高储能密度、高储能效率及稳定性强的无铅铁电厚膜。

第一方面，本发明提供一种无铅铁电厚膜，具体说明如下：

本发明提供一种无铅铁电厚膜，该无铅铁电厚膜包括化学通式为Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xMn_xO₃的材料，其中0＜x≤0.2。

进一步地，该无铅铁电厚膜的Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xMn_xO₃为稳定胶体，该稳定胶体中掺杂聚乙烯吡咯烷酮。

基于上述任意无铅铁电厚膜实施例，进一步地，该无铅铁电厚膜的总厚度为1.2～10微米。

本发明提供的无铅铁电厚膜包括化学通式为Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xMn_xO₃的材料，其中0＜x≤0.2，该无铅铁电厚膜掺杂有Mn，通过Mn的掺杂，能够降低漏电流，提高储能密度，有助于晶体的生长取向，使晶相由不利于储能的三方相向四方或伪立方相转变。在外加电场的作用下，Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xMn_xO₃铁电厚膜弱的铁电性转变为长程有序的铁电相，能够获得较大的极化差值，从而有利于储能密度的增加和储能效率的提高。

因此，本发明无铅铁电厚膜能够提高储能密度、储能效率及稳定性，有利于高功率大容量存储电容器件的开发和应用。

第二方面，本发明提供一种无铅铁电厚膜制作方法，具体说明如下：

本发明提供一种无铅铁电厚膜制作方法，具体包括：

采用甩胶工艺对基片上LaNiO₃胶体进行匀胶，形成LaNiO₃湿凝胶膜，甩胶工艺的参数包括：旋转速度为2800～3200转/分，旋转时间为30～40秒；

采用第一热处理工艺对LaNiO₃湿凝胶膜进行热处理，形成LaNiO₃底电极；

采用旋涂工艺向LaNiO₃底电极涂覆含有聚乙烯吡咯烷酮的Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xMn_xO₃稳定胶体，形成Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xMn_xO₃湿凝胶膜，旋涂工艺的参数包括：旋转速度为2800～3500转/分，旋转时间为20～40秒；