[发明专利]一种双层PNZST钙钛矿反铁电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层PNZST钙钛矿反铁电薄膜及其制备方法，该反铁电薄膜包括化学通式为Pb_0.99Nb_0.02(Zr_0.55Sn_0.40Ti_0.05)_0.98O₃（简写为PNZST）的材料；本发明设计了一种合适的射频磁控溅射方法来提高薄膜的储能性能，在该方法中对同一种PNZST材料采用不同射频磁控溅射工艺以分段式以及分层式的方式原位制备双层薄膜，测试结果表明通过合适的溅射工艺所制备的钙钛矿PNZST反铁电双层异质结构薄膜，与其他单层反铁电PNZST薄膜相比，此种工艺下所制备的双层PNZST薄膜具有更高的介电常数以及击穿场强,这有利于获得较高的储能密度以及较高的储能效率；双层反铁电PNZST薄膜其储能密度值高达39.35J/cm³，该值为单层反铁电PNZST薄膜储能密度值的1.43倍。

技术领域

本发明属于电子功能材料与器件技术领域，尤其涉及一种双层PNZST钙钛矿反铁电薄膜及其制备方法。

背景技术

脉冲功率技术通过在极短的时间内释放大量储存的电荷，迅速产生大的放电电流从而在电子束、核技术、加速器、激光技术、放电技术等领域有着广泛的应用；脉冲功率技术中最关键的元件是储能电介质电容器，要想获得较高的脉冲功率，电介质电容器应具有较大的能量密度；为了获得高储能密度,电介质电容器应该同时具有高介电常数和高击穿强度；反铁电薄膜材料具有双电滞回线、较大的开关场以及理想的零剩余极化，因此在反铁电薄膜中可以获得较大的储能密度；与单层反铁电薄膜相比，由于双层反铁电薄膜可以将各单层膜的与储能有关的优势性参数加以结合，并且在双层膜界面处由于不同膜之间极化值的不同，外加电场作下双层膜界面处会发生界面电荷的层间耦合效应使得双层膜极化的饱和被延迟，因而双层膜具有更加良好的储能性能；由两种不同材料交替而成的反铁电双层膜是目前研究的热点，然而采用该种方法存在一个复杂的，低效的，高成本的多步制备过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层PNZST钙钛矿反铁电薄膜及其制备方法，用于制备具有良好储能性能的双层Pb_0.99Nb_0.02(Zr_0.55Sn_0.40Ti_0.05)_0.98O₃钙钛矿反铁电薄膜；在本发明中对同一种材料Pb_0.99Nb_0.02(Zr_0.55Sn_0.40Ti_0.05)_0.98O₃（简写为PNZST）采用不同的制备参数进而获得高储能性能反铁电双层薄膜，本发明的制备方法，简单、高效、成本低，适合大面积制备高储能性能薄膜；此外，由于脉冲功率电容器总是需要在温度不断变化的环境中工作，本发明的Pb_0.99Nb_0.02(Zr_0.55Sn_0.40Ti_0.05)_0.98O₃反铁电双层薄膜在较大的温度范围内都具有良好的储能性能；最重要的是，该双层薄膜它是以白云母为基底，因此具有一定的柔性，这使其在小型化，集约化，轻质化，低成本，便携式储能电介质电容器的制备方面具有更广阔的应用潜力。