[发明专利]一种石墨烯促进结晶的可转移钙钛矿氧化物压电织构薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯促进结晶的可转移钙钛矿氧化物压电织构薄膜的制备方法，包括：1)选择石墨烯作为氧化物与衬底的中间层材料；2)选择使用脉冲激光沉积技术作为薄膜生长手段，控制生长温度500℃～800℃；控制氧气分压在10Pa～20Pa；控制激光能量在1.5J/cm²～3J/cm²，频率在1Hz～10Hz；本发明制备出的钙钛矿结构的薄膜经X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、压电力显微镜(PFM)分析，生长得到的薄膜具有良好的织构结晶特性，膜层厚度300nm以内可控；而且薄膜表面平整，均方根粗糙度在1nm之内；生长的薄膜具有压电性，具有转移至任意衬底的潜力。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿氧化物薄膜生长方法，特别涉及一种石墨烯促进结晶的可转移钙钛矿氧化物压电织构薄膜的制备方法。

背景技术

铁电氧化物薄膜因其铁电、压电以及热释电等特性而被用来制备能量转换、信息存储、温度探测等类型的器件，在国防、教育、医疗、航天、信息等各个领域有着广泛的应用。

目前，在一些特定的衬底上，诸如钛酸锶等氧化物衬底上很多人已经实现了具有较好结晶质量的铁电压电薄膜的制备。但为了满足更为多种多样的功能需要，人们一直希望可以将铁电压电薄膜生长在更为多样的衬底上。例如，人们希望借助已经广泛建立起的半导体硅工艺产线，在硅基板上生长铁电压电薄膜，但由于硅表面容易被氧化，从而会得到多晶或非晶状态的薄膜；再如，人们希望将铁电压电薄膜与柔性衬底结合，但由于常见的柔性衬底如聚酰亚胺薄膜(PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等有机材料的熔点一般在300℃以内，难以满足铁电压电薄膜生长过程所要求的高达500℃的结晶温度，如此在柔性衬底上得到的薄膜只能是质量较差的未能结晶的无定形态薄膜。目前尚没有技术能完成在任意衬底上制备高质量的织构铁电压电薄膜的工作。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种石墨烯促进结晶的可转移钙钛矿氧化物压电织构薄膜的制备方法，该方法能够简便的在硅衬底上集成钙钛矿氧化物压电织构薄膜。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种石墨烯促进结晶的可转移钙钛矿氧化物压电织构薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：选择石墨烯作为氧化物与衬底的中间层材料；

步骤2：使用脉冲激光沉积法生长薄膜；其中，生长温度为500℃～800℃；氧气分压为10Pa～20Pa；激光能量为1.5J/cm²～3J/cm²，频率为1Hz～10Hz。

本发明进一步的改进在于：

步骤2使用脉冲激光沉积法生长薄膜的具体方法如下：

2-1)将准备生长的钙钛矿氧化物靶材和石墨烯衬底装在真空腔内，使用将真空腔内气压抽至5×10^-4Pa以下，以去除吸附在石墨烯表面的污染杂质；

2-2)将石墨烯衬底加热至500℃～800℃向真空腔内通入氧气，控制气压在10Pa～20Pa之间；

2-3)使用脉冲激光器，控制激光能量密度在1.5J/cm²～3J/cm²之间，使用透镜将激光汇聚在钛酸钡陶瓷靶材表面，控制激光频率在1Hz～10Hz；

2-4)调整衬底和靶材间的距离在3cm～10cm之间，保证由脉冲激光打出的等离子体羽辉尖部能够在衬底表面；

2-5)保持上述状态，使薄膜生长，在薄膜生长到预设厚度后，关闭激光器，向真空腔内通入氧气，控制气压在1×10⁴Pa以上；

2-6)将衬底温度降至室温，向真空腔内通入空气，打开腔体，得到薄膜/石墨烯衬底样品。