[发明专利]一种高分子辅助外延生长BiFeO3

说明书

本发明公开了一种高分子辅助外延生长BiFeO₃多铁性薄膜的方法，包括：配制前驱体溶液，在(100)SrTiO₃或(100)Nb:SrTiO₃衬底上，采用层层退火工艺制备薄膜，每层薄膜制备时的温度为70‑90℃，甩膜时的湿度为11‑20%。本发明方法实施很方便，原料化学计量比可精确控制，对实验设备要求不高，成本低，所得薄膜外延程度高，具有较大的室温电极化强度、较低的室温漏电流密度，结构致密、均匀，在局部小区域来看具有单晶的性能，具有优良的介电、电学和磁学性能，适合研制高密度的非挥发性存储器件以及其他磁电耦合器件。

技术领域

本发明涉及一种外延生长BiFeO₃多铁性薄膜的制备方法，具体涉及一种高分子辅助高质量外延生长BiFeO₃多铁性薄膜的方法。

背景技术

多铁性材料是指在材料中含有两种或多种“铁性”的功能材料，主要是铁电、铁磁（或反铁磁）和铁弹性。多种铁性共存并相互耦合丰富了多铁性材料的应用，比如可以应用在高速信息存储、电流测量、传感器、感应器、转换器的制造业中。单相的多铁性材料，特别是室温和室温以上的多铁性材料的应用更是重要。

单相多铁材料不需要复杂的制备方法，在制备中更有利。然而，可观察到磁电耦合效应的单相多铁材料仍然非常有限。 BiFeO₃是唯一一种在室温下具有铁电和反铁磁性质的单相多铁性材料，因为它具有最大的剩余极化、高的铁电居里温度（T_C~1100K）和相对较高的反铁磁性奈尔温度（T_N ~ 643K），所以受到国内外的广泛关注。虽然BiFeO₃在理论上具有较高的剩余极化，但由于在BiFeO₃材料的制备过程中铋元素易于挥发，部分Fe离子变价，产生更多的氧空位，使其泄漏电流大、难以极化，难以制备具有较高残留极化的样品，因此实际应用受到限制。

外延生长薄膜即是沿着基底的晶格生长、具有和基底类似晶格常数的薄膜，生长的薄膜具有均匀的晶格，具有类似单晶的性能，具有重要的意义。目前，大多数的外延BiFeO₃薄膜的制备都是采用一定真空条件下物理或化学气相沉积的方法，这些方法制备成本高昂，成品率低，无法大规模生产。溶液法可以较低成本、大面积生产和制备薄膜，例如中国专利CN101186341A公开了一种Pt/Ti/SiO₂/Si基片上取向(100)-BiFeO₃薄膜的制备方法；中国专利CN101659520A公开了在玻璃基板上利用液相自组装法制备BiFeO₃薄膜的方法；中国专利CN101949643A公开了一种Si基底上、磁场增强(100)取向的BiFeO₃薄膜的制备方法，等等。但这些溶液法制得的BiFeO₃薄膜都是取向性的BiFeO₃薄膜，并非外延生长的BiFeO₃薄膜。目前未见溶液法制备外延生长BiFeO₃多铁性薄膜的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分子辅助外延生长BiFeO₃多铁性薄膜的方法，该方法在(100) SrTiO₃或(100) Nb:SrTiO₃衬底上利用高分子辅助法沉积BiFeO₃多铁性薄膜，操作方便，原料化学计量比可精确控制，工艺简单，成本较低，通过对工艺条件的选择和优化，所得BiFeO₃薄膜为外延生长，多铁性能得到很大的提升，可用于高精密器件的研发，亦可满足商业化应用。