一種LaSrMnCo共摻鐵酸鉍多鐵薄膜及其制備方法與流程

文檔序號(hào)：11398222閱讀：638來源：國(guó)知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>無機(jī)化學(xué)及其化合物制造及其合成,應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，涉及在功能化的fto/glass基板表面制備lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜，具體為bi0.97-xlaxsr0.03fe0.94mn0.04co0.02o3多鐵薄膜，x＝0.03～0.18。

背景技術(shù)：

多鐵材料是指在一定溫度范圍內(nèi)同時(shí)具有鐵電性、鐵磁性或鐵彈性中兩種或兩種以上的材料。bifeo3(bfo)是少數(shù)的單相多鐵材料之一，具有扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(屬于r3c點(diǎn)群)，由立方結(jié)構(gòu)沿(111)方向拉伸而形成的一種偏離理想鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的斜六方結(jié)構(gòu)，在室溫下同時(shí)具有鐵電有序和反鐵磁有序，由于具有較高的鐵電相變溫度(tc＝1103k)和磁相變溫度(tn＝643k)，在磁電傳感器，自旋電子器件，存儲(chǔ)器等方面有廣泛的應(yīng)用前景而得到關(guān)注。

目前用于制備bifeo3薄膜的方法有很多，但是bifeo3薄膜中鉍元素的易揮發(fā)以及部分fe³⁺向fe²⁺的轉(zhuǎn)變，使薄膜中產(chǎn)生較多的氧空位，從而導(dǎo)致bifeo3薄膜存在著嚴(yán)重的漏電現(xiàn)象和較大的矯頑場(chǎng)，磁性較弱，難以極化，很難獲得較高的剩余極化值，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。此外，bifeo3薄膜中存在弱鐵磁性，使其難以滿足新一代存儲(chǔ)器件和其它多功能器件所需要強(qiáng)磁電耦合。為改善bifeo3薄膜的多鐵性能，最為常見的辦法就是離子摻雜。

目前，還沒有關(guān)于bi0.97-xlaxsr0.03fe0.94mn0.04co0.02o3多鐵薄膜及其制備方法的相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜及其制備方法，該方法設(shè)備要求簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件容易達(dá)到，摻雜量容易控制，制得的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜為bi0.97-xlaxsr0.03fe0.94mn0.04co0.02o3多鐵薄膜，可改善bifeo3基薄膜的多鐵性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜，所述lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜為bi0.97-xlaxsr0.03fe0.94mn0.04co0.02o3薄膜，x＝0.03～0.18，其結(jié)構(gòu)為三方結(jié)構(gòu)，空間群為r3c:h和r3m:r共存。

所述lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜在700kv/cm電場(chǎng)下的剩余極化值為191～230μc/cm²，矯頑場(chǎng)為222～274kv/cm。

所述lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜在1khz頻率下的介電常數(shù)為488～774。

所述的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：按摩爾比為(1.02-x):x:0.03:0.94:0.04:0.02將硝酸鉍、硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸鐵、醋酸錳和硝酸鈷溶于乙二醇甲醚中，攪拌均勻后加入醋酸酐，繼續(xù)攪拌均勻，得到前驅(qū)液；其中x＝0.03～0.15；

步驟2：將前驅(qū)液旋涂在fto/glass基片上，得到濕膜，濕膜經(jīng)勻膠后在190～210℃下烘烤得干膜，再于540～550℃下在空氣中退火，得到晶態(tài)bi0.97-xlaxsr0.03fe0.94mn0.04co0.02o3薄膜；

步驟3：將晶態(tài)bi0.97-xlaxsr0.03fe0.94mn0.04co0.02o3薄膜冷卻至室溫，重復(fù)步驟2直到達(dá)到所需厚度，即得到lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜。

所述步驟1中前驅(qū)液中金屬離子的總濃度為0.2～0.4mol/l。

所述前驅(qū)液中乙二醇甲醚和醋酸酐的體積比為(2.5～3.5):1。

所述步驟2進(jìn)行前先將fto/glass基片清洗干凈，然后在紫外光下照射，使fto/glass基片表面達(dá)到原子清潔度。

所述步驟2中勻膠時(shí)的勻膠轉(zhuǎn)速為3600～4200r/min，勻膠時(shí)間為12～18s。

所述步驟2中勻膠后的烘烤時(shí)間為6～8min。

所述步驟2中的退火時(shí)間為20～25min。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜的制備方法，采用溶膠-凝膠法，以硝酸鉍、硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸鐵、醋酸錳和硝酸鈷為原料(硝酸鉍過量5％)，以乙二醇甲醚和乙酸酐為溶劑，配制前驅(qū)液，再用旋涂法和層層退火的工藝制備了bi0.97-xlaxsr0.03fe0.94mn0.04co0.02o3薄膜，即lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜。本發(fā)明選擇稀土元素la和堿土金屬sr摻雜a位，過渡金屬mn和co摻雜b位，通過a、b位共摻雜的方式，使薄膜具有良好的介電和鐵電性能。在a位上摻雜稀土元素可以抑制bi的揮發(fā)，減少氧空位，進(jìn)而減小漏電流，有效提高薄膜的鐵電性能；二價(jià)堿金屬離子可以補(bǔ)償氧空位造成的電荷不平衡，有效地抑制fe³⁺離子的價(jià)態(tài)波動(dòng)；在b位上摻雜過渡金屬離子可以抑制fe³⁺向fe²⁺轉(zhuǎn)換，減少氧空位的產(chǎn)生，磁性離子的摻雜能夠提高薄膜的磁性能。通過a、b位共摻雜可以有效的抑制bi的揮發(fā)，減少薄膜中fe²⁺、氧空位的含量和缺陷的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)薄膜在外加電場(chǎng)下的極化強(qiáng)度，有效改善了薄膜的鐵電性能。本發(fā)明采用溶膠-凝膠工藝，相比于其他制備薄膜的方法，該方法設(shè)備要求簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，反應(yīng)容易進(jìn)行，工藝過程溫度低，制備過程及摻雜量容易控制，化學(xué)組分精確可控，適宜在大的表面和形狀不規(guī)則的表面上制備薄膜，很容易均勻定量地?fù)饺胍恍┪⒘吭?，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得原子或分子水平的均勻性，本發(fā)明制備的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜均勻性較好，具有高剩余極化值、低矯頑場(chǎng)和高介電常數(shù)，有效地提高了薄膜的鐵電和介電性能。

本發(fā)明制得的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜的致密度高、晶粒尺寸均勻，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為bi0.97-xlaxsr0.03fe0.94mn0.04co0.02o3，x＝0.03～0.18，該薄膜屬于三方結(jié)構(gòu)，空間群為r3c:h(23.34％～72.74％)和r3m:r(27.26％～76.66％)共存，該薄膜具有高剩余極化值、低矯頑場(chǎng)和高介電常數(shù)，能夠改善bifeo3基薄膜的多鐵性能。

進(jìn)一步的，本發(fā)明制得的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜在電場(chǎng)為700kv/cm、la含量x分別為0.03、0.06、0.09、0.18時(shí)，其剩余極化強(qiáng)度依次為230μc/cm²、209μc/cm²、215μc/cm²、191μc/cm²，矯頑場(chǎng)依次為274kv/cm、271kv/cm、265kv/cm、222kv/cm，為高剩余極化值(191～230μc/cm²)和低矯頑場(chǎng)(222～274kv/cm)的多鐵薄膜。并且本發(fā)明制得的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜在頻率為1khz、la摻雜量x為0.03、0.06、0.09、0.18時(shí)，其介電常數(shù)分別為488、689、653、774，為高介電常數(shù)多鐵薄膜。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜的xrd精修圖；

圖2是本發(fā)明制備的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜的介電常數(shù)和介電損耗與測(cè)試頻率的關(guān)系圖；

圖3是本發(fā)明制備的lasrmnco共摻鐵酸鉍多鐵薄膜的電滯回線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和本發(fā)明優(yōu)選的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，原料均為分析純。

實(shí)施例1