[發明專利]一種原子級厚度的鉍氧基鐵電薄膜及其制備工藝

有效

• 申請號: 202111456088.4
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114014648B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 張林興;楊倩倩;賀卓平;田建軍
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H10N97/00
• 分類號: H10N97/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 岳野

1.一種原子級厚度的鉍氧基鐵電薄膜，其特征在于，所述的鉍氧基鐵電薄膜的分子式為Bi_(2-x)MexO₃，其中，x的取值范圍為0.1≤x≤0.6，Me為Eu或Sm；所述鉍氧基鐵電薄膜的結構為穩定的類四方相結構，且以三層Bi-O層為周期面外方向排列；其中，晶格常數a和b的取值范圍為c的取值范圍為所述的鉍氧基鐵電薄膜能夠在多種基底上實現外延生長；所述基底包括Al₂O₃單晶、SrTiO₃單晶、LaAlO₃單晶或Au/SiO₂/Si、Pt/SiO₂/Si；鉍氧基鐵電薄膜的厚度范圍為1.0-4.56nm的層狀鉍氧基鐵電薄膜，粗糙度在0.1-1nm。

2.一種制備如權利要求1所述的鉍氧基鐵電薄膜的工藝，其特征在于，該工藝具體包括以下步驟：

S1)制備前驅體溶液；

S2)選取基底，將S1)得到的前驅體溶液在一定的濕度的空氣氣氛下旋涂在基底上，形成無定型膜；

S3)將S2)得到的無定型膜進行退火處理，并在空氣中冷卻至室溫，得到鉍氧基鐵電薄膜。

3.根據權利要求2所述的工藝，其特征在于，所述S1)的具體步驟為：

S1.1)將鉍鹽加入溶劑中，攪拌均勻，得到混合溶液；

S1.2)將鑭系元素鹽加到S1.1)的混合溶液中，鉍鹽與Eu或Sm鹽的摩爾比為14-19:1-4，攪拌均勻，得到摩爾濃度為0.01M-0.5M的前驅體溶液，靜置6-24h以上充分水解。

4.根據權利要求3所述的工藝，其特征在于，所述鉍鹽和鑭系元素鹽為硝酸鹽或醋酸鹽；所述的溶劑為乙二醇甲醚、二甲基甲酰胺或二甲基亞砜。

5.根據權利要求2所述的工藝，其特征在于，所述S2)的具體步驟為：

S2.1)將S1.2)得到的前驅體溶液進行過濾、預熱；

S2.2)對基底進行清洗、預熱，置于勻膠機上；

S2.3)將S2.1)處理后的前驅體溶液旋涂在S2.2)處理后的基底上，干燥、熱解后，得到無定形膜，整個處理過程的濕度為20-60％的空氣氣氛下進行。

6.根據權利要求5所述的工藝，其特征在于，所述S3)的具體步驟為：

S3.1)將馬弗爐升溫至400℃-700℃中，持續保溫；

S3.2)將S2.3)得到無定形膜置于S3.1)的馬弗爐中，保溫10-60min，在空氣中冷卻至室溫，即得到層狀鉍氧基鐵電薄膜。

7.根據權利要求2所述的工藝，其特征在于，所述得到鉍氧基鐵電薄膜進行鐵電測試后，能夠獲得完美的電滯回線，剩余極化值高達21-51μC/cm²，且層狀的鐵電薄膜表面平滑。