[发明专利]一种单相多铁性薄膜及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种单相多铁性薄膜的制备方法，包括：清洗衬底后将靶材和所述衬底置于镀膜腔内，调节腔体内压强；升高衬底温度，然后在腔体内充入O₂，并调节腔体内压强；调节衬底和靶材之间的距离，并调节衬底和靶材旋转；调节激光器的重复频率和脉冲能量；进行薄膜沉积，然后保温；保温结束后冷却至室温，其中，所述靶材的化学组成为(1‑m)BiTi_(1‑n)/2Fe_nMg_(1‑n)/2O_3‑mCaTiO₃，其中，0m1，0n1。本发明所提供的制备方法，在制备含复杂氧化物薄膜时具有独特优势，且制备过程中可精确控制薄膜生长。本发明还提供了一种单相多铁性薄膜及其在电子器件中的用途，制备的薄膜致密均匀，在室温下同时具有铁电性，铁磁性和磁电互控性能，可以用于包含薄膜的电子器件中，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，更具体而言，涉及一种单相多铁性薄膜及其制备方法和用途。

背景技术

多铁性材料是一种同时具有铁磁、铁电、铁弹等两种及两种以上铁性的新型多功能材料，而且由于各种铁性之间的耦合，还会产生压磁效应、磁电效应以及磁控极化反转等效应，使其在数据存储、自旋电子学和微电子学等领域具有广阔的应用前景，受到人们的广泛关注。但是，目前绝大多数单相多铁性材料的居里温度都低于室温，且在室温下无法获得铁磁性。因此在室温下能同时获得较高铁电极化和磁性，且能具有较强磁电耦合性能的单相材料却凤毛麟角。多铁性薄膜材料往往可以获得相较于块体材料更高的铁电极化性能，对于器件应用来说获得高质量薄膜显得极为关键。目前薄膜沉积方法主要有脉冲激光沉积技术、磁控溅射法、离子束溅射法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法，然而，在具体探索中，获得致密均匀的单相室温多铁性薄膜却绝非易事，且目前国际上并无(1-x)BiTi_(1-y)/2Fe_yMg_(1-y)/2O_3-xCaTiO₃薄膜制备方法的相关报道，因此本专利将给出专门针对这类型薄膜的脉冲激光制备方法，为将来的器件制备奠定基础。

发明内容

因此，鉴于现有的技术很难获得均匀致密，且在室温下具有优异多铁性的单相薄膜等问题，本发明的目的在于提供一种单相多铁性薄膜及其制备方法，该制备方法在制备含复杂氧化物薄膜时具有独特优势，且制备过程中可精确控制薄膜生长。制得的薄膜结晶完全且无杂相，具有较高铁电极化和磁性，应用前景广泛。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种单相多铁性薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

清洗衬底后将靶材和所述衬底置于镀膜腔内，调节腔体内压强在1×10^-4Torr以下；

加热衬底至480-650℃，然后在腔体内充入O₂，调节腔体内压强为1-10×10^-2Torr；

调节衬底和靶材之间的距离，并调节衬底和靶材旋转；

调节激光器的重复频率为50Hz，脉冲能量为85~100mJ；

进行薄膜沉积5-60min，然后保温10-30min；

保温结束后冷却至室温，

其中，所述靶材的化学组成为(1-m)BiTi_(1-n)/2Fe_nMg_(1-n)/2O_3-mCaTiO₃， 0m1，0n1。

优选地，所述衬底为Pt/Si、SrTiO₃或者Nb：SrTiO₃。

优选地，所述衬底和靶材之间的距离为5.5-7.8cm。