[发明专利]一种单晶钛酸锶薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种单晶钛酸锶薄膜的制备方法。该方法是以硝酸锶(Sr(NO₃)₂)、钛酸四正丁酯(TBOT)作为主要原料，氢氧化钠(NaOH)作为矿化剂，通过调配各项原料物质的量，采用水热法实现钛酸锶(SrTiO₃)单晶薄膜的合成。本发明工艺简单，易于控制，成本低，适合大规模生产。获得的外延薄膜表面完整连续，尺寸大，且SrTiO₃在铌镁酸铅‑钛酸铅(PMNT)基片上的生长具有选择性。

技术领域

本发明涉及一种单晶钛酸锶薄膜的制备方法，属于功能材料制备领域。

背景技术

氧化物异质结尤其是钙钛矿氧化物异质结的界面具有丰富的物理化学性质及潜在的应用价值，而有效调控异质结的生长和界面结构对其物理本质的理解和功能设计是极其必要的。相比于传统的MBE和PLD等物理沉积的方法，在湿化学方法中利用一种驱动力制备异质结更能实现对界面和生长的低温可控。这其中，长程的静电力可有效改变生长过程中活性基团的聚集状态从而控制晶体生长。本发明以极化处理之后的单晶PMNT基片作为载体，采用水热法制备得到了PMNT上的SrTiO₃薄膜，利用极化PMNT表面的静电力驱动了SrTiO₃薄膜的生长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本，工艺简单，过程易于控制的单晶钛酸锶薄膜的制备方法，采用此法可获得大尺寸具有平整表面的薄膜。

本发明的单晶钛酸锶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将矿化剂NaOH加入反应釜内胆中，加入去离子水搅拌，获得摩尔浓度为4mol/L的NaOH溶液；

2)将Sr(NO₃)₂、TBOT依次加入步骤1)所得溶液中，调节锶钛摩尔比Sr/Ti＝1，混合搅拌10-20min，获得的溶液中TBOT的摩尔浓度为0.003mol/L-0.04mol/L；

3)将PMNT基片垂直置于水热反应架中，分别用丙酮、乙醇、水、乙醇各清洗至少10min后，60℃干燥2h；

4)将步骤3)配制的含反应物溶液和PMNT基片的反应釜内胆装入配套反应釜中，密封，在100-200℃下反应2h-24h，然后让反应釜自然冷却至室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，获得极化PMNT单晶基底上的SrTiO₃单晶薄膜。

所述的反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。

所述的硝酸锶、钛酸四正丁酯和氢氧化钠的纯度都不低于化学纯。

所述的PMNT基片为极化处理后的，四方相单晶的抛光基片，其极化强度为40μC/cm²。

所述的水热反应架为聚四氟乙烯材料制成的支架。

采用上述的方法制备获得单晶钛酸锶薄膜，其中SrTiO₃薄膜选择性地生长于PMNT基片的正极化面。SrTiO₃层的厚度为5-12nm。

本发明通过简单的水热反应，制备了一种大尺寸，具有平整连续表面的SrTiO₃单晶薄膜。该方法利用极化PMNT表面的静电力驱动SrTiO₃薄膜的选择性生长，本发明工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于生产。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的极化PMNT基底正极化面生长的SrTiO₃薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；

图2是本发明实施例1制备的极化PMNT基底负极化面上生长的SrTiO₃薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；