[发明专利]一种钪酸铋-钛酸钡基核壳结构铁电薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种钪酸铋‑钛酸钡基核壳结构铁电薄膜及其制备方法，属于电子材料与元器件领域。本发明采用溶胶‑凝胶制备工艺，将(1‑x)BaTiOsubgt;3/subgt;‑xBiScOsubgt;3/subgt;前驱体溶液旋涂在衬底材料上面，得到湿膜；制得的湿膜经干燥、热解、退火制得一层未完全晶化的(1‑x)BaTiOsubgt;3/subgt;‑xBiScOsubgt;3/subgt;薄膜；将等体积的BiReOsubgt;3/subgt;前驱体溶液旋涂在该未晶化的薄膜上面，干燥、热解、退火得(1‑x‑y)BaTiOsubgt;3/subgt;‑xBiScOsubgt;3/subgt;‑yBiReOsubgt;3/subgt;铁电薄膜；本发明可以通过掺杂和控制旋涂时间、旋涂速度、退火时间、退火温度，可以获得展宽的介电峰的同时还保持相对较高的介电常数。

技术领域

本发明涉及电子材料与器件领域，具体涉及一种钪酸铋-钛酸钡基核壳结构铁电薄膜及其制备方法。

背景技术

具有铁电性且厚度在数十纳米至数微米的薄膜材料，称为铁电薄膜。近年来，铁电薄膜被广泛应用于数字存储领域，这种存贮器的优点是其不易失性，即断电后所存储的数据不会丢失，以及低功率损耗，强的抗幅射能力，坚固，高速等。目前，主要以钙钛矿铁电体研究为主，如PbTiO₃和PZT体系，但高度活动Pb的扩散难以控制在一定范围内，从而在这些膜中引起严重的疲劳问题。近来研究重心转移到非Pb基钙钛矿铁电体如BaTiO₃和BST等。事实上，很多铁电材料如BaTiO₃等能满足不易失性存储器低操作电压(3～5V)和转换极化的需求。BaTiO₃-BiScO₃体系具有弱耦合弛豫特性，近似线性的极化响应，以及在-10℃～150℃具有十分优异的温度稳定性，室温介电常数1500左右等，因而用途广泛。在居里温度下，BaTiO₃-BiScO₃体系相对介电常数较高，但是与温度稳定性的依赖较强，通过掺杂改性的方法可以获得展宽的介电峰，同时还保持相对较高的介电常数，更符合工业规范的要求。

薄膜制备技术是现代材料科学与工程技术中制备新型和高性能材料的一种重要技术，也是铁电薄膜基础研究的一项重要内容。如何制备性能良好的优质铁电薄膜，满足集成铁电器件的要求，成为制约铁电薄膜应用的关键环节。目前，制备铁电体薄膜的方法有：溶胶-凝胶法(sol-gel)、金属有机物分解法(MOD)、射频磁控溅射(RF-magnetronsputtering)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)和脉冲激光沉积(PLD)等。由于溶胶-凝胶法具有组分计量比可精确控制，易于掺杂，退火温度较低，设备简单，操作方便，不需要真空条件，适用于不同形状的材料，特别是大面积成膜等诸多优点，是一种很有发展潜力的制备高质量铁电薄膜的工艺方法。目前还没有采用溶胶-凝胶法制备钪酸铋-钛酸钡基核壳结构铁电薄膜的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种钪酸铋-钛酸钡基核壳结构铁电薄膜及其制备方法，本发明通过对BaTiO₃-BiScO₃体系掺杂改性，并通过溶胶-凝胶法成功制备铁电薄膜，可以获得展宽的介电峰的同时还保持相对较高的介电常数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钪酸铋-钛酸钡基核壳结构铁电薄膜，其特征在于，所述铁电薄膜的化学组成的化学通式为(1-x-y)BaTiO₃-xBiScO₃-yBiReO₃，其中0.03≤x≤0.1，0.005≤y≤0.03，Re为In、Y、Al、Ga、V、Fe、Ni、Mn、(Zn_1/2Ti_1/2)中的一种或两种组合。

本发明还提供上述钪酸铋-钛酸钡基核壳结构铁电薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：