[发明专利]一种HoSrMnNi共掺三方铁酸铋超晶格薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种HoSrMnNi共掺三方铁酸铋超晶格薄膜及其制备方法，用晶体结构为三方结构，空间群为R3c:H和R3m:R共存的不同元素掺杂的铁酸铋薄膜制备出Bi_0.89Ho_0.08Sr_0.03Fe_0.94Mn_0.03Ni_0.03O₃/Bi_0.89Ho_0.08Sr_0.03Fe_0.93Mn_0.03Ni_0.04O₃超晶格薄膜，即HoSrMnNi共掺三方铁酸铋超晶格薄膜。本发明采用溶胶凝胶工艺，并采用旋涂和层层退火法，设备要求简单，适宜在大的表面和形状不规则的表面上制备薄膜，且化学组分精确可控，可改善BiFeO₃薄膜的多铁性能。

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及在功能化FTO/glass基板表面制备HoSrMnNi共掺三方铁酸铋超晶格薄膜，具体为Bi_0.89Ho_0.08Sr_0.03Fe_0.94Mn_0.03Ni_0.03O₃/Bi_0.89Ho_0.08Sr_0.03Fe_0.93Mn_0.03Ni_0.04O₃超晶格薄膜。

背景技术

BiFeO₃是少数的单相多铁材料之一，具有扭曲的钙钛矿结构(属于R3c点群)，由立方结构沿(111)方向拉伸而形成的一种偏离理想钙钛矿结构的斜六方结构，在室温下同时具有铁电有序和反铁磁有序，由于具有较高的铁电相变温度(Tc＝1103K)和磁相变温度(T_N＝643K)，在磁电传感器，自旋电子器件，存储器等方面有广泛的应用前景而得到关注。但是，BiFeO₃主要存在着以下几方面的问题，如漏电流大、剩余极化小、磁性弱、磁电耦合效应弱等，极大程度上限制了它的应用。

超晶格是由两种或多种不同材料在一个维度上层状排列而成的周期结构，其周期必须小于电子的平均自由程，每一层的厚度只有几纳米或几十纳米，基本上是原子间距的量级，层数由几层至几百层。目前研究比较多的一维ABO₃型的钛矿氧化物超晶格有铁电/(反)铁电、铁电/介电、以及(反)铁磁/(反)铁磁等超晶格。其中调制掺杂超晶格是在同种材料中有规则地掺入不同浓度的杂质，在界面处由于费米能级的不同，会产生电荷迁移，能带发生弯曲；可以通过改变超晶格薄膜的界面化学环境来控制界面结构，可以显著提高界面的电学性质。通过利用超晶格薄膜的应力或应变、层间耦合等物理效应，可得到高性能或单一结构材料不具有的多铁性能。超晶格不仅能够增强其单个组元所具有的性质，还可以实现单个组元不具有的性质。从对称性的角度看，即使各个组元都是中心对称的，但由于界面两侧是不同的材料组元，也能够提供空间反演对称性破缺条件，并且，界面处的应变又可以提供或者增强铁电序。在超晶格中，通过控制周期和组元厚度，可以控制组元和组元之间界面处的应变等参数，从而调控微观结构和宏观性质，实现性质增强或性质突变。设计和制备不同厚度、不同周期长度和周期数的钙钛矿氧化物单层外延薄膜和超晶格，是系统地研究应变的可控性以及这种可控性对外延薄膜和超晶格宏观性质的影响规律，最终寻找具有优异的电、磁性质的人工微结构材料的有效途径之一。