[發明專利]一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法

在審

• 申請號: 202011171694.7
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112467025A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 李忠文;申慧;王延宗;宋光;李冠男;張正中
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張華蒙

1.一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1、脈沖激光沉積制備鐵酸鉍薄膜樣品；

S2、對鐵酸鉍薄膜樣品進行物相表征，采用AFM表征其形貌、粗糙度；

S3、對鐵酸鉍薄膜樣品采用PFM表征，獲得鐵酸鉍薄膜樣品的矯頑電壓、自發極化；

S4、控制PFM探針懸臂與鐵酸鉍薄膜樣品晶格的相對方向，在PFM針尖上施加超過矯頑電壓的直流電壓，對鐵酸鉍薄膜樣品通過PFM針尖電場寫入，將其面外極化翻轉為統一指向；利用PFM針尖掃描過程中產生的尾部電場，將面內極化重新定向并形成條帶；

S5、對鐵酸鉍薄膜樣品在S4步驟中寫入的區域采用矢量PFM表征，獲得周期性條帶疇。

2.根據權利要求1所述的一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法，其特征在于：步驟S1中，所述的脈沖激光沉積制備鐵酸鉍薄膜樣品是在襯底上依次脈沖激光沉積底電極、鐵電層，所述的襯底為SrTiO₃，所述的底電極為SrRuO₃，所述的鐵電層為BiFeO₃。

3.根據權利要求2所述的一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法，其特征在于：所述的底電極SrRuO₃的厚度為30～40nm；所述的鐵電層BiFeO₃的厚度為50～60nm，所述的脈沖激光沉積鐵電層的氧壓條件為2～3Pa。

4.根據權利要求1所述的一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法，其特征在于：步驟S2中，所述的AFM表征中，AFM針尖驅動頻率為76KHz。

5.根據權利要求1所述的一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法，其特征在于：步驟S3-S5中，所述的PFM表征中，在PFM針尖設有導電涂層，所述的導電涂層為Pt/Ir。

6.根據權利要求1所述的一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法，其特征在于：在步驟S5中，所述的采用矢量PFM表征是聯合一個面外PFM數據和兩個面內PFM數據，兩個面內PFM圖像為相互垂直方向，將鐵酸鉍薄膜樣品順時針旋轉90°；最后，將0°和90°的兩個結果進行重組得到鐵酸鉍薄膜樣品的疇結構。

7.根據權利要求6所述的一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法，其特征在于：在所述的面外PFM數據中，面外PFM針尖的驅動頻率為200～300KHz；在所述的面外PFM數據中，面內PFM針尖的驅動頻率為1.0～1.2MHz。

8.根據權利要求1所述的一種利用針尖電場在鐵電薄膜中構建周期性條帶疇的方法，其特征在于：所述的步驟S4和步驟S5確定探針懸臂與鐵酸鉍薄膜樣品晶格指向的相對方向，通過步驟S4，在探針上施加超過矯頑電壓的偏壓寫入矩形圖案，在鐵酸鉍薄膜樣品中將面外極化翻轉，PFM針尖尾部電場將面內極化重新定向，通過步驟S5讀取，通過調整探針懸臂與鐵酸鉍薄膜樣品晶格指向的相對方向，改變施加偏壓，再次寫入并讀取；重復這一操作，直到結果呈現符合要求的周期性條帶疇。