[发明专利]一种Mn掺杂调控电阻开关效应的复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种Mn掺杂调控电阻开关效应的复合薄膜及其制备方法，包括复合在一起的上层膜和底层膜；上层膜的化学式为Bi_0.88Gd_0.09Sr_0.03Fe_0.94Mn_0.04Co_0.02O₃，为多晶扭曲钙钛矿结构，空间群为R3c；底层膜的化学式为Co_1‑xMn_xFe₂O₄，为立方反尖晶石结构、空间群为Fd3m，其中，x＝0.1～0.7。先采用溶胶‑凝胶法旋涂法和层层退火的工艺制备了Co_1‑xMn_xFe₂O₄薄膜，再用旋涂法和层层退火的工艺制备BGSFMC薄膜，形成了BGSFMC/C1‑xMxFO复合薄膜。本发明的复合薄膜在增加了铁磁性的同时，仍有较好的铁电性和电阻开关效应。

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种Mn掺杂调控电阻开关效应的复合薄膜及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，器件的微型化及多样化的要求也就越来越高，这就迫切需要发展同时具有多种功能的新材料来取代单一功能的材料，以满足研制多功能新型器件的需求。铁酸铋(BiFeO₃，简称BFO)，是目前唯一在室温下同时存在铁电性与反铁磁性的单相多铁材料，并具有较高的居里温度、尼尔温度和较大的剩余极化强度，在铁电随机存储器、自旋电子器件、磁电存储单元、光电器件等领域有着很好的应用前景。

然而，BiFeO₃薄膜中铋元素的易挥发以及部分Fe³⁺向Fe²⁺的转变，使薄膜中产生较多的氧空位，从而导致BiFeO₃薄膜存在着严重的漏电现象和较大的矫顽场，难以极化，很难获得较高的剩余极化值，因此在实际应用中受到限制。此外，BiFeO₃薄膜中存在弱铁磁性，使其难以满足新一代存储器件和其它多功能器件所需要的强磁电耦合。因此需要改善BiFeO₃薄膜的多铁性与铁磁性能。为改善BiFeO₃薄膜的多铁性与铁磁性能，最为常见的办法就是多元共离子掺杂并复合磁性膜，但当磁性膜加入之后影响了上层薄膜的铁电性，进一步的会影响复合薄膜的电阻开关特性，制约了材料的实际应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种Mn掺杂调控电阻开关效应的复合薄膜及其制备方法，可改善BiFeO₃基薄膜的多铁性能，增加电阻开关效应。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Mn掺杂调控电阻开关效应的复合薄膜，包括复合在一起的上层膜和底层膜；上层膜的化学式为Bi_0.88Gd_0.09Sr_0.03Fe_0.94Mn_0.04Co_0.02O₃，为多晶扭曲钙钛矿结构，空间群为R3c；底层膜的化学式为Co_1-xMn_xFe₂O₄，为立方反尖晶石结构、空间群为Fd3m，其中，x＝0.1～0.7。

优选的，当x＝0.7时，高低阻态之比HRS/LRS为1.9；当x＝0.3时，在20～35V电压下，剩余极化值为90.5～135μC/cm²，电滞回线矩形度为R_sq＝1.07～1.12；当x＝0.3时，在外加磁场下作用下，其饱和磁化值Ms为43emu/cm³，剩余磁化值Mr为28.5emu/cm³。

一种上述Mn掺杂调控电阻开关效应的复合薄膜的制备方法，包括以下步骤，