[发明专利]无铅铁电厚膜及其制备方法

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，主要涉及一种无铅铁电厚膜及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术的迅猛发展，高功率密度大容量电容器的开发已成为制约微电子电路走向微型化、集成化应用的关键因素之一，正受到世界各国的强烈关注。高储能密度、高储能效率材料是高功率密度大容量电容器的基础，是目前大力发展的关键新能源材料之一。铁电材料被认为是一类极具开发前景的介电储能电容器用新材料。然而目前对此类材料的研究主要集中在具有毒性的铅基体系。虽然铅基铁电材料具有优良的储能行为，但由于受其毒性的威胁，世界各国从2000年开始限制对含铅材料的使用，这使得铅基铁电材料在实际中的广泛应用难以实现。因此对新型无铅铁电电容器材料的开发和研究具有理论与应用两方面意义。

钛酸铋钠(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃是一类钙钛矿型的铁电体，其居里点(T_c)为320℃，室温下具有很强的铁电性，是一类最有希望被用来开发高功率密度大容量电容器的关键材料。但是，目前制作的块体陶瓷和薄膜由于受到厚度的限制，使其在实际应用中存在局限性，而厚膜则能很好地克服这一不足，故对无铅铁电厚膜材料的研究具有理论和实用上的先进性。

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

本发明的一个目的在于提出一种无铅铁电厚膜。

本发明的无铅铁电厚膜，其化学通式为(1-x)(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃-xBi(Ni_0.5Zr_0.5)O₃的材料，其中0<x≤0.6。

本发明的无铅铁电厚膜，通过Bi(Ni_0.5Zr_0.5)O₃的引入，能够提高饱和极化，降低剩余极化，提高储能密度及储能效率。在外加电场的作用下，(1-x)(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃-xBi(Ni_0.5Zr_0.5)O₃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。

另外，根据本发明上述实施例的无铅铁电厚膜，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述无铅铁电厚膜的厚度为1μm～10μm。

本发明的另一个目的在于提出所述的无铅铁电厚膜的制备方法。

所述的无铅铁电厚膜的制备方法，包括如下步骤：S101：首先，在匀胶机的基片上滴加LaNiO₃胶体并进行匀胶，得到LaNiO₃湿凝胶膜；S102：采用第一热处理工艺对所述LaNiO₃湿凝胶膜进行热处理，形成LaNiO₃底电极；S103：采用旋涂法在LaNiO₃底电极上涂覆含有聚乙烯吡咯烷酮的(1-x)(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃-xBi(Ni_0.5Zr_0.5)O₃胶体，得到(1-x)(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃-xBi(Ni_0.5Zr_0.5)O₃湿凝胶膜；S104：采用第二热处理工艺对所述(1-x)(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃-xBi(Ni_0.5Zr_0.5)O₃湿凝胶膜进行热处理，得到无铅铁电厚膜。

进一步地，在所述步骤S101中，匀胶时旋转的速度为2800r/min～3200r/min，旋转时间为30s～40s。