[發(fā)明專利]一種摻雜型Bi4Ti3O12 薄膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310398578.2
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103482691A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 夏傲;談國強
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;C03C17/25
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Bi₄Ti₃O₁₂薄膜及其制備方法，具體涉及一種摻雜型Bi₄Ti₃O₁₂薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦酸鉍(Bi₄Ti₃O₁₂)作為一種典型的鉍系層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料，具有優(yōu)良的壓電、鐵電、熱釋電和電等性能。Bi₄Ti₃O₁₂的晶體結(jié)構(gòu)是各向異性的立方結(jié)構(gòu)，它由(Bi₂O₂)²⁺和(Bi₂Ti₃O₁₀)^2-鈣鈦礦結(jié)構(gòu)層相間隔而成。在(Bi₂Ti₃O₁₀)^2-鈣鈦礦結(jié)構(gòu)層單元中，Ti離子被氧八面體包圍，構(gòu)成O-Ti-O鍵，Bi離子位于TiO₆八面體網(wǎng)格的空隙中，2個(Bi₂O₂)²⁺層的高度是6個Ti-O鍵的長度。其鐵電-順電相變屬一級相變，由于單斜相的單胞十分接近正交晶系，故晶格參數(shù)可用正交晶系來描述：a=0.5450，b=0.5406，c=3.2832nm。它的自發(fā)極化矢量位于a-c平面內(nèi)，與a軸成大約4.5°角，沿a軸和c軸自發(fā)極化分量相差很大，分別是50μC/cm²和4μC/cm²。

近年來，人們對Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的A位的Bi和B位的Ti進行了多種摻雜研究。摻雜后的薄膜性能在剩余極化、抗疲勞特性等方面有了很大的提高。根據(jù)摻雜對于離子半徑、居里溫度穩(wěn)定(Tc>400℃)、易于生成穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的要求，可以在Bi₄Ti₃O₁₂的A位進行摻雜的稀土元素有La、Nd、Pr、Sm、Eu、Gd等。而在B位，常常進行高價的施主離子摻雜，如Nb、V、W等。對于A位稀土元素的摻雜，Uong?Chon等人認為，摻雜會使鉍氧層中間的3個氧八面體中，上下兩個氧八面體的Ti的位置具有高度不對稱的雙勢阱，導致自發(fā)極化沿c軸方向偏轉(zhuǎn)增大，從而使BIT薄膜的c軸方向的剩余極化增大。而對于B位摻雜來說，剩余極化的增大主要是由于薄膜的c軸取向度減小的緣故，與摻雜離子本身的屬性無關(guān)。

目前，Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的制備方法主要有金屬有機化學氣相沉積、溶膠－凝膠法、磁控濺射法和脈沖激光沉積法。這些制備工藝通常設備較為復雜、需要嚴格的真空環(huán)境和工藝制度、成本昂貴，或是需要高溫煅燒工藝處理，制備過程造成污染，都不能實現(xiàn)工藝簡單，節(jié)約能源及環(huán)境友好的目標。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種摻雜型Bi₄Ti₃O₁₂薄膜及其制備方法，該方法制備工藝簡單、薄膜厚度易于控制且環(huán)境友好，制備的摻雜型Bi₄Ti₃O₁₂薄膜晶相發(fā)育完全、純度高，薄膜表面光滑、平整、均勻致密，且薄膜與基板結(jié)合牢固。

為了達到上述目的，本發(fā)明的摻雜型Bi₄Ti₃O₁₂薄膜，化學式為Bi₄Ti_3-xHf_xO₁₂，其中，x=0.01～0.15。

一種摻雜型Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1）OTS單分子層的制備及功能化：

將潔凈的基板放入OTS和甲苯的混合溶液中沉積，使得基板表面生成OTS單分子膜層，隨后除去基板表面殘留溶液，再于紫外光下照射35-50min，從而實現(xiàn)OTS表面功能化，得到附著功能化的OTS單層膜基板；

2）前驅(qū)液的配制：