[發明專利]一種高度擇優取向的鈮酸鉀鈉薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201910043148.6
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109650443A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 張偉;朱海勇;吳浩;張雪花;胡芳仁
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C01G33/00
• 分類號: C01G33/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳飛

本發明公開一種高度擇優取向的鈮酸鉀鈉薄膜的制備方法，該方法步驟為：稱取氧化鈮溶解于氫氟酸得到NbF₅溶液，隨后加入草酸銨作為穩定劑，最后滴加堿性PH調試劑，得到白色沉淀Nb(OH)₅；對白色沉淀進行洗滌過濾，加入檸檬酸使其于發生絡合反應得到檸檬酸鈮，隨后再對檸檬酸鈮進行進一步過濾；加入鉀鹽和鈉鹽粉末，再加入一定量的乙二醇，最后將溶液靜置得到均一澄清的KNN前驅體溶液；然后在經過預熱處理的硅基底上旋涂前驅體溶液并進行退火處理，重復多次旋涂退火得到理想的KNN薄膜。本發明通過改進溶膠?凝膠法的非醇鹽法和對硅襯底的處理，在普通(100)Si襯底上制備結晶性良好的KNN薄膜，且得到的KNN薄膜是在(001)晶向高度擇優。

技術領域

本發明涉及一種高度擇優取向的鈮酸鉀鈉薄膜的制備方法，屬于壓電材料技術領域。

背景技術

壓電材料是一種重要的功能材料，它具有的功能特性在電子技術、傳感器、能量儲存和驅動器等方面得到廣泛的應用。隨著MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)的研究發展，在壓電功能器件的小型化和微型化和高集成等方面提出了要求。相比較于塊體壓電材料，壓電薄膜在加工方便、調節度高、質量輕、驅動電壓低和可平面集成化的方面的優點，更能滿足MEMS對壓電功能材料的要求。

制取KNN系薄膜的方法主要有四種，濺射法、溶膠凝膠法、化學氣相沉積法和脈沖激光沉積法，相對于其他方法，溶膠凝膠法：要求設備簡單，成本低，可制備大面積薄膜。溶膠凝膠法制備KNN系薄膜按原料來區分又細分為金屬醇鹽法和非醇鹽法。金屬醇鹽法制取KNN系薄膜的材料乙醇鈮相對價格昂貴，制約了量產的需求。非醇鹽法制備材料價格便宜，能大大降低材料的成本。然而，一般非醇鹽法制取的薄膜材料晶體多為多晶，且KNN薄膜與硅襯底粘附性差，需要對硅襯底進行鍍SiO₂層，制備成本高。

發明內容

發明目的：針對現有非醇鹽法制備KNN系薄膜存在的晶體為多晶、KNN薄膜與硅襯底粘附性差等問題，本發明提供一種高度擇優取向的鈮酸鉀鈉薄膜的制備方法。

技術方案：本發明所述的一種高度擇優取向的鈮酸鉀鈉薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱取氧化鈮溶解于氫氟酸得到NbF₅溶液，向NbF₅溶液中先加入草酸銨，待其溶解后滴加堿性PH調試劑，得到白色沉淀Nb(OH)₅，用去離子水洗滌Nb(OH)₅沉淀并過濾；

(2)將過濾后的Nb(OH)₅與檸檬酸混合并加入去離子水，并攪拌至澄清；

(3)對步驟(2)所得澄清溶液進行過濾，獲得澄清的過濾溶液；

(4)向步驟(3)所得過濾溶液中先加入鉀鹽和鈉鹽，待其溶解后調節PH值，加入乙二醇，靜置、得到澄清透明的鈮酸鉀鈉前驅體溶液；

(5)對硅片基底進行預熱處理，然后在預熱后的硅基底上旋涂所述鈮酸鉀鈉前驅體溶液，得到表面覆有濕膜的硅片，放入真空干燥箱中保溫，然后退火處理，得到鈮酸鉀鈉薄膜。

上述步驟(1)中，優選的，將氧化鈮加入氫氟酸中，在60～90℃水浴條件下加熱7～12h使其溶解，然后加入草酸銨，繼續在水浴條件下加熱直至草酸銨溶解。最好在80℃水浴條件下先加熱攪拌10h使氧化鈮溶解在氫氟酸中，然后繼續在80℃水浴條件下加熱攪拌1h、使草酸銨溶解。其中，氧化鈮與氫氟酸的用量最好滿足如下比例：每5mL的氫氟酸中溶解1g氧化鈮。

進一步的，步驟(1)中，滴加氨水調節溶液PH值為9，得到白色沉淀Nb(OH)₅，將所得白色沉淀Nb(OH)₅在60℃陳化0.5～2h。洗滌時，一般可用去離子水洗滌Nb(OH)₅沉淀2～4次并過濾。