[發明專利]外延生長鎳酸鑭及鑭鍶錳氧薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 202110049789.X
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112877676A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 王根水;楊柱;郭少波;董顯林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12;H01B1/08
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及外延生長鎳酸鑭及鑭鍶錳氧薄膜的制備方法，制備的外延導電氧化物薄膜的化學組成為LaNiO₃或La_0.7Sr_0.3MnO₃，所述制備方法包括：配制含可溶性高分子聚合物、溶劑、小分子絡合劑和金屬鹽的前驅體溶液，其中，所述金屬鹽包括與所述外延導電氧化物薄膜的化學組成對應的摩爾比的鑭鹽、鎳鹽、鍶鹽及錳鹽；以及將所述前驅體溶液涂覆在基底表面上，將涂覆有所述前驅體溶液的基底在高于350℃且500℃以下的溫度下預燒結后，升溫至600～900℃的溫度進行燒結，得到所述外延導電氧化物薄膜。

技術領域

本發明涉及一種導電氧化物薄膜材料的制備方法，具體涉及外延生長鎳酸鑭和鑭鍶錳氧導電氧化物薄膜的制備方法。

背景技術

鐵電薄膜由于具有良好的鐵電、壓電、熱釋電、電光及非線性光學效應等性能，在微電子學和光電子學等領域均具有重要的應用前景。鐵電薄膜的底電極一般采用Pt，這是因為其導電性強，化學穩定性好，但是以其為底電極的鐵電薄膜在經過多次長時間的極化反轉容易出現老化、疲勞等問題。人們發現，用鈣鈦礦結構的導電氧化物，如鎳酸鑭(LaNiO₃)，鑭鍶錳氧(La_0.7Sr_0.3MnO₃)等，來代替金屬Pt作為鐵電薄膜器件的底電極，可以大大增強鐵電薄膜器件的抗疲勞特性，因此引起了廣泛的研究。

在鈣鈦礦導電氧化物中，LaNiO₃和La_0.7Sr_0.3MnO₃由于其優異的導電性能引起了人們的極大關注，且具有與鐵電薄膜非常接近的晶胞參數(分別為0.384nm、0.386nm)，使之不僅可作為電極材料，還可以作為籽晶層來優化鐵電薄膜的結構和性能。特定取向的底電極材料同樣可以誘導鐵電薄膜沿特定取向生長，從而實現鐵電薄膜的外延生長。所謂外延就是指在單晶基底上沉積一層與單晶具有相同取向關系、原子排列匹配良好的膜層，如同原始單晶區域向外自然延伸，薄膜結構與完美單晶相當。外延薄膜相較于多晶和擇優取向薄膜，在形貌方面，由于更接近理想單晶結構因此無明顯晶粒結構；在性能方面，由于結構更為規整，減少了作為線缺陷的晶界的含量，因此也表現出更高的電學性能。

目前常見的制備LaNiO₃和La_0.7Sr_0.3MnO₃薄膜的方法有磁控濺射法和溶膠凝膠法。磁控濺射法是在高真空的腔體內通過氬離子轟擊靶材原子然后沉積在基底上制備薄膜，該方法設備昂貴，條件苛刻，工藝復雜；而溶膠凝膠法是通過相應金屬鹽水解絡合形成凝膠狀的網絡結構，然后旋涂退火形成薄膜，該方法不易控制金屬鹽的水解，且有制成的薄膜裂紋較多、取向性較差等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、可以精確控制比例、呈外延取向的鎳酸鑭和鑭鍶錳氧導電氧化物薄膜的方法、由所述方法制備的鎳酸鑭和鑭鍶錳氧導電氧化物薄膜及具備所述導電氧化物薄膜的器件。

第一方面，本發明一形態的外延導電氧化物薄膜的制備方法，制備的外延導電氧化物薄膜的化學組成為LaNiO₃或La_0.7Sr_0.3MnO₃，所述制備方法包括：

配制含可溶性高分子聚合物、溶劑、小分子絡合劑和金屬鹽的前驅體溶液，其中，所述金屬鹽包括與所述外延導電氧化物薄膜的化學組成對應的摩爾比的鑭鹽、鎳鹽、鍶鹽及錳鹽；以及

將所述前驅體溶液涂覆在基底表面上，將涂覆有所述前驅體溶液的基底在高于350℃且500℃以下的溫度下預燒結即熱解后(聚合物高分子在350℃開始分解，500℃左右分解完全)，升溫至600～900℃的溫度進行燒結，得到所述外延導電氧化物薄膜。

所述前驅體溶液濃度可為0.25mol/L以下。優選所述前驅體溶液濃度為0.075～0.15mol/L，更優選為0.1-0.125mol/L。