[發明專利]一種摻鑭鐵酸鉍單晶薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 202011059841.1
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112176394A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 韓高榮;曹海文;任召輝;傅鋼杰;林宸
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C30B7/10
• 分類號: C30B7/10;C30B29/22
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種摻鑭鐵酸鉍(BLFO)單晶薄膜的制備方法。該方法是以五水合硝酸鉍(Bi(NO₃)₃·5H₂O)、六水合硝酸鑭(La(NO₃)₃·6H₂O)和九水合硝酸鐵(Fe(NO₃)₃·9H₂O)作為主要原料，乙二醇甲醚(C₃H₈O₂)為絡合劑，氨水(NH₃·H₂O)為沉淀劑，氫氧化鉀(KOH)為水熱礦化劑，先在常溫下進行共沉淀反應，之后將絡合物在加入礦化劑水溶液后在一定溫度下進行水熱處理，實現了高質量摻鑭鐵酸鉍(BLFO)單晶薄膜的制備。本發明工藝流程較為簡單，成本低，易于控制，能夠進行大規模生產。得到的單晶薄膜表面平整連續，薄膜與基底形成了高質量的異質結界面，界面處平整，在鐵電光伏、光電存儲器、傳感器等領域有極大的應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種在摻鈮鈦酸鍶(Nb-SrTiO3)單晶基底上摻鑭鐵酸鉍(BLFO)單晶薄膜的制備方法，屬于功能材料制備領域。

背景技術

多鐵性材料同時擁有鐵電性、鐵磁性，由于它在自旋電子學、多態存儲和新型磁電傳感器方面具有極大的應用前景，吸引了越來越多的人關注。鐵酸鉍(BiFeO₃)作為多鐵性材料的一個典型代表，它是目前在常溫下發現的唯一鐵電性和G型反鐵磁性共存的單相多鐵材料，具有較高的反鐵磁奈爾溫度和鐵電居里溫度，被認為是制作新一代磁電功能器件的理想材料。盡管BFO具有鐵電性和鐵磁性，但是其存在明顯的缺點，Bi³⁺離子比較容易揮發，Fe³⁺/Fe²⁺價態波動和氧空位，使得BFO的漏電流密度很大。因此，BFO在成為制造低能耗、高存儲密度、高讀寫速度新型設備和轉換器、智能系統等高新技術領域功能材料前，必須提高其多鐵性能。采用離子摻雜方法，是目前采用的最廣泛的方法。研究表明適量地摻雜稀土金屬元素和過度金屬元素可以有效地抑制Bi³⁺離子的揮發，減少氧空位，且能較大改變其內部晶格結構與反鐵磁螺旋結構，從而改善BFO的電導特性，提高鐵電性能。目前對于鐵酸鉍薄膜摻鑭大多采用溶膠凝膠法、旋涂法等，雖然成本較低，但其在高溫下會導致大量Bi³⁺離子揮發，制得的薄膜質量極差，且很難得到單晶薄膜。少部分也有采用CVD與PVD方法來制備摻鑭鐵酸鉍薄膜，但成本極高，且無法制備得到較大面積的薄膜，而且制備的薄膜厚度往往也受到很大的限制，無法大規模生產。本發明則針對這個問題，公開一種摻鑭鐵酸鉍單晶薄膜的共沉淀—水熱制備方法，制備出了高質量的單晶摻鑭鐵酸鉍薄膜，在相對較低的水熱密閉環境中結晶，避免了元素的揮發，共沉淀絡合能夠使得摻雜元素與被摻雜元素能夠較好地按照摻雜比例分散，且水熱相對溫和的環境更能夠生長成單晶薄膜。且工藝流程較為簡單，成本低廉，易于控制，能夠進行大規模生產，有很大的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本，工藝簡單，過程易于控制的摻鑭鐵酸鉍單晶薄膜的制備方法，可獲得高質量的薄膜表面和異質結界面。

本發明采用的技術方案如下：

一種摻鑭鐵酸鉍單晶薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將五水合硝酸鉍、六水合硝酸鑭共同溶解于有機絡合劑中，充分攪拌，獲得含有鉍和鑭的金屬有機溶液；加入氨水，進行共沉淀反應，得到絡合物沉淀；

將所述絡合物沉淀加入反應釜內膽中，加入去離子水調節反應物料體積，依次加入九水合硝酸鐵、礦化劑氫氧化鉀，充分攪拌；以摻鈮鈦酸鍶單晶為基底進行水熱反應，在摻鈮鈦酸鍶單晶上制得鑭摻雜鐵酸鉍單晶薄膜。

更具體的，可以包括以下步驟：