[發明專利]一種BaZr0.35Ti0.65O3外延薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910556522.2
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110257788B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 馬春蕊;劉明;喬文婧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明涉及儲能薄膜材料領域，具體公開一種BaZr_0.35Ti_0.65O₃外延薄膜及其制備方法，本發明的BaZr_0.35Ti_0.65O₃外延薄膜包括Nb:SrTiO₃基片和薄膜，所述薄膜設置于Nb:SrTiO₃基片的上表面；所述薄膜包括摻雜了1％SiO₂的BaZr_0.35Ti_0.65O₃薄膜和BaZr_0.35Ti_0.65O₃薄膜；本發明的薄膜在擊穿場強高的同時，具有很好的寬溫儲能特性。

技術領域

本發明涉及儲能薄膜材料領域，具體涉及一種BaZr_0.35Ti_0.65O₃外延薄膜及其制備方法。

背景技術

“能源戰爭”、“十面霾伏”等現象折射出的日益嚴峻的能源危機和環境問題已成為困擾當今經濟和社會發展的首要問題。介電電容器作為主要儲能元器件之一，能夠在毫秒甚至微秒內快速充放電，提供高達10⁸W/kg的功率密度，明顯高于電池和電化學電容器(一般低于500 W/kg)。并且，介電電容器還具有抗循環老化、環境適應性強、性能穩定等優點。這些特性使其在民用領域中的新能源發電系統、混合動力汽車的逆變設備、醫療設備，科研領域中的粒子加速器、激光器，軍事領域中的電磁炮、坦克、定向能武器等方面具有不可或缺的應用價值。然而，隨著電子器件向著小型化、集成化、輕量化的方向發展，亟需提高電容器在高溫的儲能密度和熱穩定性。一方面，航空航天、石油鉆井等領域要求電容器的工作溫度大于150℃，而目前廣泛使用的X7R和X8R分別只能在125℃和150℃以下使用，無法滿足更高溫度的要求。另一方面，器件的工作溫度總在一定范圍內波動，需要電容器能夠在不同的或不斷變化的溫度環境下運行，具有優秀的熱穩定性。更重要的是，電容器如果能在寬溫區內保持較高的儲能密度，就可以有效地減少設備的體積和重量，從而大大降低成本。

介電電容器通常是由上下兩個電極及中間的介質組成，其性能主要取決于中間的介質材料。如圖1所示，電容器充電時所存儲的能量為P-E曲線中充電曲線左邊包圍的面積，可表示為：釋放的電能(以下稱儲能密度)為P-E曲線中放電曲線左邊包圍的面積，可表示為：電能釋放的效率(以下稱儲能效率)可表示為：η＝W_rec/(W_rec+W_loss)×100％。由此可知，想要在-100～200℃寬溫區內獲得穩定的高儲能密度，研究者希望介質材料具有以下特性：1)在寬溫區內的擊穿場強(E_max)和最大極化強度P_m盡量大；2)剩余極化P_r和矯頑場E_c盡量小；3)介電常數在寬溫區的變化盡量小。

BaZr_0.35Ti_0.65O₃(即BZT)弛豫鐵電體的介電常數較大，且在較寬的溫區內變化較小，但是擊穿場強通常和介電常數成反比，也就是說在單一的材料中是無法實現既有較大的介電常數又有較大的擊穿場強，也就無法在寬溫區域內實現較大的儲能密度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種BaZr_0.35Ti_0.65O₃外延薄膜及其制備方法，本發明的外延薄膜能夠在寬溫區域內具有較大的儲能密度。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：