[发明专利]一种具有较低矫顽场的非本征铁电陶瓷器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有较低矫顽场的非本征铁电陶瓷器件及其制备方法。所述的非本征铁电陶瓷器件是高纯度Ca₃Ti₂O₇陶瓷。非本征铁电陶瓷器件采用溶胶—凝胶技术合成，以高纯度Ti(OC₄H₉)₄和Ca(NO₃)₂·4H₂O硝酸盐为原料，用适量乙二醇辅以酒石酸将硝酸盐原料溶解，经过干燥凝胶和高温烧结后得到Ca₃Ti₂O₇非本征铁电陶瓷器件。本非本征铁电陶瓷器件具有晶粒尺寸小、成分均匀且矫顽场低的优点，非常有利于在未来铁电存储器件中使用，对提高铁电存储器件的潜在应用价值产生重要意义。

技术领域

本发明属于信息存储器件的技术领域，涉及非挥发性信息存储器件重要组成部分的开发研究工作，更具体言之，是一种具有较低矫顽场的非本征铁电陶瓷及其制备方法与应用。

背景技术

非本征铁电体材料（Improper ferroelectricity）由于其丰富的物理性能和广泛的应用前景而受到科研人员的关注。它可以在室温下通过磁电耦合而产生多铁性，并且在新一代数据库及其自旋电子学中有巨大的应用前景。Ca₃Ti₂O₇作为新兴的非本征铁电体更是备受关注。

Ca₃Ti₂O₇单晶是由美国罗格斯大学于2015年通过光学浮区法（optical floatingzone method）首次制作出来，其剩余极化8μC/cm²，矫顽场大约为120 KV/cm。同年的5月19日，浙江大学通过固相反应法（以CaCO₃,TiO₃原料）制作出Ca₃Ti₂O₇陶瓷，其剩余极化0.6μC/cm²，矫顽场也约为120 KV/cm。

两种不同晶态的Ca₃Ti₂O₇的矫顽场的大小几乎一致，都是比较高的数值。矫顽场是指，对经过极化过的铁电体施加电场的过程中，能使铁电极化反转的电场。在实际的生产应用中，所选用的铁电体的矫顽场越低越有利于降低器件的操作电压，同时使器件的极化翻转的矫顽电压越低，且越有利于降低器件的功耗。此外，固相反应法制备的样品往往具有成分不均匀的缺点，而且固体反应过程中需要的合成温度通常较高，不利于能源的节约；光学浮区法制备晶体的过程中同样也存在消耗能量高的弊端，同时该方法制备出的样品尺寸小，不利于大规模的样品生产。因此，探寻出制备成本低，成分均匀、颗粒尺度均匀，并且矫顽场低的Ca₃Ti₂O₇是非常必要的。

针对上述需求，本发明的目的在于设计一种比较完善的制备Ca₃Ti₂O₇非本征铁电陶瓷的工艺。本发明与现有产品相比具备三方面优点：（1）矫顽场低，更加利于器件的使用；（2）本发明公开的多铁材料是一种具有1-10μm尺度的陶瓷材料，其颗粒尺寸更小；（3）本发明公开的非本征铁电材料的前驱物成分为硝酸盐Ti(OC₄H₉)₄ 和Ca(NO₃)₂·4H₂O，所以最终获得的材料成分更加均匀。

发明内容

为实现上述目的，本发明公开了如下技术内容：

一种具有较低矫顽场和层状钙钛矿结构的非本征铁电陶瓷器件的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：