[發明專利]一種鋅摻雜的鈦酸鉍鈉薄膜及其低溫制備方法

無效

• 申請號: 201310271717.5
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103708739A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 楊長紅;隋慧婷;馮超
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋅摻雜的鈦酸鉍鈉薄膜及其低溫制備方法，屬于鈣鈦礦結構環境協調型微電子新材料領域。

背景技術

鈦酸鉍鈉(Na_0.5Bi_0.5TiO₃)材料作為一種A位復合鈣鈦礦結構弛豫型鐵電體，具有相對較高的居里溫度(320℃)，較強的鐵電性(室溫下的剩余極化強度可達P_r=38μC/cm²)。但是目前對純Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜材料來說，高的結晶溫度致使鈉、鉍離子揮發嚴重，很難制備出單一鈣鈦礦相；而且，元素的揮發造成了薄膜內部缺陷的產生，尤其是處于晶界處的氧空位的存在，使Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜的漏電流增大，從而使Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜的本征電學性能惡化。針對上述情況，一方面，我們通過降低退火溫度，來盡可能減少A位鈉、鉍離子的揮發，減少氧空位的數量；另一方面，通過離子摻雜進一步降低Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜的漏電流，并改善其電學性能。我們發現，鋅離子作為B位低價摻雜離子，能夠有效抑制氧空位的移動，但目前尚無相關報道。

另外，對于制備薄膜的襯底而言，通常所用的金屬底電極襯底由于在高溫下容易被氧化，導電性會急劇下降，且易與薄膜發生反應，使其性能降低。而與之相比，錫氧化銦(ITO)玻璃具有高導電性、穩定性，且與薄膜具有良好的附著性。因此，ITO玻璃襯底的采用，一方面能夠有效提高薄膜的電學性能，另一方面可使薄膜材料的鐵電、壓電、光電、光折變和線性光學特點得到充分利用，為多功能材料和器件的開發提供了可能性。然而，目前尚無對沉積于ITO玻璃襯底上的Na_0.5Bi_0.5TiO₃基薄膜結晶性、電學性能的報道。

發明內容

本發明針對現有Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜漏電流大、電學性能差的缺點，提供了一種鋅離子摻雜的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜及其低溫制備方法。所制備的Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xZn_xO_3-δ薄膜具有漏電低、剩余極化高、介電性穩定等優點。

本發明還提供了鋅離子摻雜的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜的低溫制備方法，該方法操作簡單，所得薄膜性能良好。

本發明通過配制穩定均勻的前驅體溶液，在ITO玻璃襯底上于500~550℃的低溫下制備出了結晶性良好的Na_0.5Bi_0.5TiO₃基薄膜；通過將鋅離子摻入純Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜中，有效抑制了氧空位的移動，降低了薄膜的漏電，得到了具有良好電學性能的薄膜。其具體技術方案如下：

本發明的摻鋅Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜，其特征是：化學通式為Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xZn_xO_3-δ，其中，x為鋅離子的摩爾摻量，0.005≤x≤0.05；δ是為了維持電荷平衡所失去的氧原子的數目。

上述薄膜所采用的襯底材料為ITO玻璃。

上述薄膜的厚度為300nm~1μm。

本發明的鋅摻雜的鈦酸鉍鈉薄膜的制備方法，其特征是包含以下步驟：

(1)、前驅體溶液的制備