[發(fā)明專利]在FTO/glass 基板表面制備Nd 和Co 共摻的BiFeO3 薄膜的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210045995.4
• 申請(qǐng)日: 2012-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN102534588A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 談國(guó)強(qiáng);薛旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C20/08
• 分類號(hào): C23C20/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 田洲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，涉及在功能化的FTO/glass基板表面制備Nd和Co共摻的BiFeO₃鐵電薄膜的方法。

背景技術(shù)

近年來，BiFeO₃作為一種新型的鐵磁電材料，引起了人們極大的興趣。BiFeO₃具有三方扭曲的簡(jiǎn)單鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，室溫下同時(shí)具有鐵電有序(TC＝810℃)和G型反鐵磁有序(T_N＝380℃)，是少數(shù)幾種單相多鐵材料之一。BiFeO₃磁電耦在信息存儲(chǔ)、自旋電子器件、磁傳感器以及電容-電感一體化器件等方面都有著極其重要的應(yīng)用前景。

然而，BiFeO₃存在著大漏導(dǎo)的問題，導(dǎo)致他無法獲得飽和的電滯回線從而限制了它的應(yīng)用。BiFeO₃的漏導(dǎo)問題主要與BiFeO₃薄膜的雜相、致密度、內(nèi)部缺陷、薄膜和基板的界面作用及底電極的選擇等問題有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在FTO/glass基板表面制備Nd和Co共摻的BiFeO₃薄膜的方法，該種方法能夠制備出介電常數(shù)為160以上(頻率1KHz～1000KHz)，介電損耗為0.05以下(頻率1KHz～100KHz)，具有良好的頻率穩(wěn)定性的BiFeO₃薄膜。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種在FTO/glass基板表面Nd和Co共摻的BiFeO₃薄膜制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將FTO/glass基板表面清洗干凈；

步驟2：將FTO/glass基板放入烘箱烘干，取出靜置至室溫；

步驟3：將FTO/glass基板置于紫外光照射儀中照射，使基片表面達(dá)到原子清潔度；

步驟4：將Bi(NO₃)₃·9H₂O、Fe(NO₃)₃·5H₂O、Nd(NO₃)₃·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O按摩爾比0.98∶(1-x)∶0.1∶x溶于乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液中，得到穩(wěn)定的BiFeO₃前驅(qū)液，金屬離子濃度為0.1～0.5mol/L；其中，x＝0.01～0.05；混合液中乙二醇甲醚和醋酸酐的體積比為3∶1～3∶2；

步驟5：采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂BiFeO₃前驅(qū)液制備薄膜，勻膠結(jié)束后，烘烤得干膜，然后再預(yù)退火、退火得到晶態(tài)Nd和Co共摻的BiFeO₃薄膜。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟1中采用洗滌劑、丙酮、乙醇進(jìn)行超聲波清洗，每次超聲波清洗后用蒸餾水沖洗，最后用氮?dú)獯蹈伞?/p>

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟2中將FTO/glass基板放入70℃烘箱中烘干。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟4中的到的BiFeO₃前驅(qū)液中金屬離子濃度為0.1～0.5mol/L。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟5中勻膠速度為3000～6000r/min，勻膠時(shí)間為15s。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟5中在300℃烘烤5～10min得干膜。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟5中在溫度為500℃，保溫2～5min的條件下進(jìn)行預(yù)退火。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟5中在溫度為550℃，保溫20～30min的條件下進(jìn)行退火。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟5中重復(fù)旋涂制備薄膜、烘烤得干膜、預(yù)退火的步驟直到得到期望厚度的薄膜后再進(jìn)行退火得到晶態(tài)BiFeO₃薄膜。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明方法選擇鑭系元素Nd進(jìn)行A位摻雜，選擇Co進(jìn)行B位摻雜，由于Nd³⁺半徑小于Bi³⁺，Co²⁺半徑大于Fe³⁺，摻雜后，固熔進(jìn)入晶格，可以使原本近似呈鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵酸鉍晶格扭曲，結(jié)構(gòu)畸變加劇，從而提高薄膜的介電性。