[發(fā)明專利]一種自摻雜鈦酸鍶鐵電薄膜及其制備方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201410013760.6 | 申請(qǐng)日： | 2014-01-13 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN103833352A | 公開（公告）日： | 2014-06-04 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王曉飛;胡秋波;李新忠;張超;王趙武 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 河南科技大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | C04B35/47 | 分類號(hào)： | C04B35/47;C04B35/622 |
| 代理公司： | 洛陽公信知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120 | 代理人： | 羅民健 |
| 地址： | 471000 河*** | 國省代碼： | 河南;41 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 摻雜 鈦酸鍶鐵電 薄膜 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及功能材料領(lǐng)域的鐵電薄膜，具體的說是一種自摻雜鈦酸鍶鐵電薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)
量子順電體鈦酸鍶（SrTiO3）作為一種用途廣泛的電子功能材料，它具有高介電常數(shù)、低介電損耗和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于電子、機(jī)械和陶瓷工業(yè)。鐵電薄膜具有良好的鐵電性、壓電性、熱釋電性及非線性光學(xué)等特性，其中，鈦酸鍶鐵電薄膜可廣泛應(yīng)用于微電子學(xué)、集成光學(xué)信息存儲(chǔ)及微電子機(jī)械系統(tǒng)等領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)，鈦酸鍶是一種典型的先兆性鐵電體材料，當(dāng)溫度從室溫降到液氦溫度時(shí)，鈦酸鍶具有很大的介電常數(shù)且一直保持在順電狀態(tài)。鈦酸鍶中的離子堆垛是一種理想的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，任何外部的擾動(dòng)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化都會(huì)影響到鈦酸鍶性能的變化，完全摩爾比的SrTiO3為絕緣體。在缺陷的誘導(dǎo)下，鈦酸鍶出現(xiàn)的反常性質(zhì)吸引了大量科研人員對(duì)此進(jìn)行研究，如摻鈮鈦酸鍶材料，具有超導(dǎo)性、半導(dǎo)性、鐵電性、壓敏性、熱敏性及光敏性，介電損耗低、色散頻率高，熱穩(wěn)定性好；摻錳鈦酸鍶材料，具有介電、熱釋電和導(dǎo)電等多種特性；摻鐠鈦酸鍶材料，具有較高的光學(xué)透過率等。
鈦酸鍶為什么不出現(xiàn)鐵電性以及鐵電性誘導(dǎo)，一直是人們研究的熱點(diǎn)問題。常用的誘導(dǎo)鈦酸鍶出現(xiàn)鐵電性主要包括以下幾個(gè)方面：第一，陽離子摻雜。通過Ba2+、Pb2+、Mn2+、Bi2+、Pr3+/Pr4+和Cd2+等半徑大小不同的離子替代Sr2+，都可以誘導(dǎo)出鐵電性；第二，同位素替換。通過氧同位素代替來誘導(dǎo)鈦酸鍶低溫鐵電性；第三，應(yīng)力作用。例如在單晶襯底DyScO3?(DSO)上生長的鈦酸鍶，由于和襯底晶格常數(shù)不同會(huì)造成張應(yīng)力，使得鈦酸鍶出現(xiàn)了室溫鐵電性?？偨Y(jié)下來，是某種缺陷造成了鈦酸鍶晶格畸變或產(chǎn)生極性微區(qū)，從而形成自發(fā)極化，出現(xiàn)鐵電性。以上方法存在著相變溫度低、合成復(fù)雜和成本高等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有方法所存在的相變溫度低、合成復(fù)雜和成本高等問題，本發(fā)明提供一種更為簡單且不需要引入其它雜質(zhì)就能誘導(dǎo)出鈦酸鍶鐵電性的方法，即一種自摻雜鈦酸鍶鐵電薄膜及其制備方法。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種自摻雜鈦酸鍶鐵電薄膜，由分子式為SrTi1+xO3的材料組成，其中，x的取值范圍為0.015~0.02，Sr和Ti的摩爾比為Sr：Ti=1：（1+x）。
一種自摻雜鈦酸鍶鐵電薄膜的制備方法，包括以下步驟：步驟一、按1:（1.015~1.02）：0.7的摩爾比分別稱取乙酸鍶、鈦酸丁脂和乙酰丙酮，備用；
步驟二、將步驟一稱取的乙酸鍶全部溶解于純度為99.5%的乙酸中，形成透明無色溶液后加入適量乙二醇甲醚，使溶液中乙酸鍶的摩爾濃度達(dá)到0.4mol/L，攪拌1h，形成溶液A，在溶液A中加入所稱取的鈦酸丁酯，攪拌30min，形成溶液B，備用；
步驟三、將步驟一稱取的乙酰丙酮加入到溶液B中，再添加適量的乙二醇甲醚將溶液B稀釋至乙酸鍶的摩爾濃度為0.3mol/L，再攪拌6~8小時(shí)，過濾得溶液C，備用；
步驟四、將步驟三制備的溶液C滴在放置在甩膠機(jī)中的潔凈的鍍鉑硅襯底上，設(shè)置甩膠機(jī)的甩膠速度為3500?rpm，甩膠時(shí)間為30s，制得SrTi1+xO3濕膜，將制得的SrTi1+xO3濕膜在200℃下烘干5min后，在350℃下進(jìn)行熱分解5min，制得SrTi1+xO3干膜，在制得的SrTi1+xO3干膜上繼續(xù)滴加溶液C，并依次重復(fù)上述甩膠、烘干和熱分解過程，直至SrTi1+xO3干膜厚度達(dá)到300nm，然后在700-750℃的管式爐中、氮?dú)鈿夥障峦嘶?0~60min，得到SrTi1+xO3薄膜。
本發(fā)明中，步驟三所形成的溶液C中乙酸和乙二醇甲醚的體積比為2：3，使得溶液C顯示弱酸性。
本發(fā)明中，醋酸鍶的純度為99.2%，鈦酸丁脂的純度為98%，乙酸的純度為99.5%，乙二醇甲醚和乙酰丙酮的純度為99%。
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