[發明專利]La-Sn共摻雜鈦酸鉍基鐵電薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202310367801.0
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116283276A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 農永萍;胡明振;黃錦慶;唐祥俊
• 申請（專利權）人: 廣西華錫集團股份有限公司
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/624;C04B35/64
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產權代理有限公司 45104
• 代理人: 黃永校

La?Sn共摻雜的鈦酸鉍基鐵電薄膜，該鐵電薄膜材料的化學式為Bi_4?xLa_xTi_3?ySn_yO₁₂，其中0＜x≤1，0＜y≤0.1。其制備方法步驟為：配制溶膠→制備前驅膜→快速熱處理→鐵電薄膜；該方法以水合硝酸鉍、硝酸錫、水合硝酸鑭和鈦酸正四丁酯為前驅物，以檸檬酸為溶劑，以EDTA為螯合劑配制前驅液，經旋轉涂覆后快速熱處理制得光滑致密的Bi_4?xLa_xTi_3?ySn_yO₁₂薄膜。該薄膜與Bi₄Ti₃O₁₂和Bi_4?xLa_xTi₃O₁₂薄膜相比，具有顯著提高鐵電剩余極化值和抗疲勞性能，該薄膜的制備工藝簡單，無須昂貴的過渡金屬有機鹽，從而使其在非易失性鐵電存儲器領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及鐵電存儲和功能薄膜制備技術領域，具體是La-Sn共摻雜鈦酸鉍基鐵電薄膜及其制備方法。

背景技術

鐵電隨機讀寫存儲器具有非揮發性、低功率消耗、高讀寫速度、高密度存儲、抗輻射特點，是最具發展潛力的存儲器之一，在計算機、航空航天和通訊電子等領域具有廣泛應用前景。鐵電薄膜是具有鐵電性且厚度尺寸為納米至微米級的薄膜，因其鐵電極化反轉電壓低、與半導體集成電路工藝兼容性好等優點，成為人們關注熱點。在鐵電薄膜中，鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O₃)薄膜具有較大的鐵電剩余極化值和較低的反轉電壓，目前已經獲得商業化應用，然而一方面其在與金屬電極構成的器件中抗疲勞性能較差，并且含有害金屬元素Pb，因此在很大程度上限制了其應用范圍。為了發明無鉛、環保的鐵電薄膜，抗疲勞性能優越的鉭酸鉍鍶(SrBi₂Ta₂O₉)被成功研制出來，但其缺點是鐵電剩余極化值低，且制備溫度高，不易與現存硅集成電路(CMOS或GaAs電路)兼容。《Nature》雜志曾報道一種La³⁺摻雜的鈦酸鉍(Bi₄Ti₃O₁₂)鐵電薄膜，其剩余極化值與Bi₄Ti₃O₁₂相比有了明顯的提高，而且La³⁺摻雜明顯地提高了其抗疲勞性，隨后有很多關于稀土元素摻雜鈦酸鉍鐵電薄膜的報道，包括Nd³⁺、Pr³⁺、Eu³⁺等三價稀土離子摻雜或這些稀土離子與過渡金屬離子如Nb⁵⁺、W⁶⁺和Mo⁶⁺共摻雜的鈦酸鉍鐵電薄膜，與未摻雜的鈦酸鉍鐵電薄膜相比，鐵電性能均有所提高。其采用這些薄膜被認為具有一定的推廣應用價值。中國專利CN202210562469.9公布了一種鈦酸鉍系列鐵電薄膜的制備方法，通過稀土元素和過渡金屬元素共摻雜制備鐵電薄膜的方法，采用的方法為溶膠-凝膠法，在鐵電薄膜的成分上采用的是過渡金屬共摻雜，燒結溫度在750-850℃之間，其未給出表征材料鐵電性最重要的鐵電電滯回線圖，在鐵電疲勞測試中可逆鐵電剩余極化值很低，2Pr不到10μC/cm²，因此該技術還有很大的工藝改進和提升空間。

發明內容

本發明提出的La-Sn共摻雜的鈦酸鉍基薄膜，在國內外首次公布Sn在提高鈦酸鉍基鐵電薄膜鐵電性方面的應用。用其替代Nb、W和Mo等稀有金屬離子在鐵電材料中應用具有很好的成本優勢。另一方面，以硝酸錫替代價格昂貴的過渡金屬有機鹽作為前驅物，更好地發揮了溶膠-凝膠法在降低鐵電薄膜制備成本方面的優勢。本發明提出的鈦酸鉍基鐵電薄膜及其制備方法，制備過程十分簡單、生產效率低，同時使鈦酸鉍薄膜的鐵電剩余極化強度顯著提高，使薄膜抗疲勞性明顯增強。

本發明第一個目的在于提供一種具有優異性能的鐵電薄膜，其具有很高的鐵電剩余極化強度和優良的抗疲勞性能。