[發(fā)明專利]一種氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107604310B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 寧興坤;陳明敬;王淑芳;傅廣生
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/08;C23C14/28
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 蘇艷肅

本發(fā)明提供了一種氧化鎳?鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料及其制備方法與應用，所述薄膜具有（001）面晶體取向，包括體積百分比為10~30%的氧化鎳與體積百分比為70~90%的鈦酸鋇；所述制備方法包括采用固相沉積法制備鈦酸鋇、氧化鎳和氧化鎳?鈦酸鋇復合靶材；再采用脈沖激光沉積法，通過控制沉積參數(shù)制備得到納米層狀、納米柱狀和納米顆粒氧化鎳?鈦酸鋇復合鐵電薄膜。本發(fā)明工藝簡單，所得到的納米復合薄膜具有微觀組織結構連續(xù)可調、納米尺度的晶粒分布均勻、薄膜厚度精確可控和晶體取向外延等優(yōu)點，有效提高了復合薄膜材料的鐵電性能，增強了介電性能，所得高性能材料可用于鐵電存儲器件、超級電容器、晶體場效應管、聲表面波器件等領域，應用前景廣闊。

技術領域

本發(fā)明涉及一種鐵電薄膜材料，具體地說是涉及一種氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料及其制備方法與應用。

背景技術

鐵電薄膜材料是一類具有自發(fā)極化，并且自發(fā)極化的矢量能夠隨外電場進行轉向的功能薄膜材料。隨著薄膜制備技術的發(fā)展和器件小型化需求的提高，以鈦酸鋇（BaTiO₃，BTO）、鋯鈦酸鉛（Pb(Zr,Ti)O₃，PZT）、鐵酸鉍（BiFeO₃，BFO）等為代表的鐵電薄膜材料具有光電效應、壓電效應等優(yōu)異性能，在鐵電存儲器件、晶體場效應管、聲表面波器件等鐵電集成電子元器件領域中有廣泛的應用前景。

鐵電薄膜屬于一種寬禁帶的半導體，其與電荷關聯(lián)的特征尺度相對較大，因此，隨著鐵電薄膜厚度的減小，薄膜的鐵電和介電性能會逐漸減弱，存在高的漏電流、高的介電損耗和疲勞等問題。研究人員發(fā)現(xiàn)鐵電納米復合薄膜能夠增強鐵電薄膜的電學性能，從而使納米復合鐵電薄膜的研究成為鐵電材料領域的研究熱點之一。與純的鐵電薄膜相比，雖然鐵電納米復合薄膜能夠改善其電學性能，但仍存在一些問題，例如：鐵電納米復合薄膜的鐵電極化強度較小、漏電流和損耗較高等，這些問題限制了其在高性能鐵電器件和微電子器件的應用。因此，選擇合適的母相和摻雜相材料，通過控制鐵電納米復合薄膜的微觀結構組織來獲得高性能的鐵復合薄膜具有非常重要的意義。

在眾多的鐵電薄膜中，作為已工業(yè)化應用的鐵電材料——鈦酸鋇具有較大的鐵電剩余極化、較高介電常數(shù)，高居里溫度和低的矯頑力等優(yōu)點，是當前鐵電性能最好、無鉛的重要鐵電材料之一。當前，研究人員通常利用貴金屬、稀土氧化物和過渡氧化物作為摻雜相，以鈦酸鋇為母相制備鐵電納米復合薄膜，從而調控其電學性能。采用這種方法，雖然鐵電納米復合薄膜材料的介電性能有所提高，但出現(xiàn)了鐵電極化強度較小、漏電流大等問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的之一是提供一種氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料，以解決現(xiàn)有鐵電復合材料鐵電剩余極化強度和介電性能比較小的問題。

本發(fā)明的目的之二是提供一種氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料的制備方法，以采用經(jīng)濟有效的方法制備得到鐵電和介電性能較好的氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料。

本發(fā)明的目的之三是將氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料應用于鐵電存儲器、超級電容器、晶體場效應管及聲表面波器件等領域。

本發(fā)明的目的之一是這樣實現(xiàn)的：

一種氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料，其具有（001）面晶體取向；包括體積百分比為10~30%的氧化鎳與體積百分比為70~90%的鈦酸鋇。

所述氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料為納米層狀復合薄膜，優(yōu)選地，其厚度為150~180nm。

所述氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料為納米柱狀復合薄膜，其是由氧化鎳、鈦酸鋇材料在基板上沿各自的基礎向上堆積而成；優(yōu)選地，其厚度為120~160nm；優(yōu)選地，氧化鎳的體積百分比為10~20%。

所述氧化鎳-鈦酸鋇納米復合鐵電薄膜材料為納米顆粒復合薄膜，其是由氧化鎳、鈦酸鋇以納米顆粒結構混雜排布成膜；優(yōu)選地，其厚度為100~120nm；優(yōu)選地，氧化鎳的體積百分比為10~20%。