[發(fā)明專利]一種B位等價鋯離子摻雜的鈦酸鉍鈉薄膜

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410156268.4
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN104072129A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊長紅;隋慧婷;吳海濤;楊鋒;胡廣達
• 申請（專利權(quán)）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622;C03C17/34
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種B位等價鋯離子摻雜鈦酸鉍鈉薄膜，屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)環(huán)境協(xié)調(diào)型微電子新材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦酸鉍鈉(Na_0.5Bi_0.5TiO₃)材料作為一種A位復合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的弛豫型鐵電體，具有相對較高的居里溫度(T_c=320℃)，較強的鐵電性(室溫下剩余極化強度P_r=38μC/cm²)。然而在高溫結(jié)晶過程中，Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜中鈉、鉍離子揮發(fā)嚴重，不僅使制備單一鈣鈦礦相變得困難，而且使薄膜內(nèi)部產(chǎn)生大量缺陷，漏電流增大。這些問題導致Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜在鐵電、壓電性能方面較鉛基材料還存著一定差距。針對上述情況，一方面，我們通過低溫退火盡可能降低A位鈉、鉍離子的揮發(fā)，從而減少氧空位的數(shù)量，提高電絕緣性。另一方面，在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜中，極化來自于Ti-O六面體中鈦離子(離子半徑:0.605?)相對于中心位置的偏移，摻入離子半徑較大的鋯離子(離子半徑:0.72?)后，晶格畸變勢必使薄膜的極化增加，改善鐵電性。且這種思路在鋯鈦酸鉛材料的研究中已被證實是可行的，即B位鋯離子取代鈦離子可增強電疇的遷移率。

對于薄膜而言，良好的鐵電、介電性，以及光學特性對于其在鐵電電容器、太陽能電池以及智能玻璃等方面應用十分關(guān)鍵。鍍有氧化銦錫(ITO)、氟摻雜的氧化錫(FTO)及鋁摻雜的氧化鋅(AZO)透明導電層的玻璃襯底具有高導電性、穩(wěn)定性，且與薄膜具有良好的附著性。因此，這些鍍有底電極玻璃襯底的采用，有利于對Na_0.5Bi_0.5TiO₃基薄膜材料鐵電、壓電、光電、光折變和線性光學特點的充分利用，為多功能材料和器件的開發(fā)提供了可能性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜電絕緣性和鐵電性差的問題，提供了一種B位等價鋯離子摻雜的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜，即Na_0.5Bi_0.5(Ti_1-xZr_x)O₃薄膜。所制備的Na_0.5Bi_0.5(Ti_1-xZr_x)O₃薄膜具有電絕緣性好、剩余極化高、介電性穩(wěn)定等優(yōu)點。

本發(fā)明通過配制穩(wěn)定均勻的前驅(qū)體溶液，在鍍有底電極(ITO、FTO、AZO)的玻璃襯底上旋涂鍍膜，氮氣氣氛中500~550℃的低溫下熱處理，制備出結(jié)晶性良好的Na_0.5Bi_0.5(Ti_1-xZr_x)O₃薄膜，其具體技術(shù)方案如下。

本發(fā)明的B位等價鋯離子摻雜的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜，其特征是：化學通式為Na_0.5Bi_0.5(Ti_1-xZr_x)O₃，其中，x為鋯離子的摩爾摻量，且0.01≤x≤0.04。

上述薄膜所采用的襯底材料為鍍有底電極(ITO、FTO、AZO)的玻璃襯底。

上述薄膜的厚度大約為300~600nm。

本發(fā)明的鋯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(qū)體溶液的制備

①以醋酸鈉或硝酸鈉、醋酸鉍或硝酸鉍、醋酸鋯或硝酸鋯、鈦酸四正丁酯或鈦酸四異丙酯為原料，按照Na_0.5Bi_0.5(Ti_1-xZr_x)O₃的化學計量比，準確稱量各種原料，其中，醋酸鈉或硝酸鈉、醋酸鉍或硝酸鉍略微過量，另按照經(jīng)驗值稱量聚乙二醇400~10000，備用；