薄膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]發明涉及壓電材料、鐵電材料與器件技術領域，具體地涉及一種多層同質PbMnxTi nCV薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鈦酸鉛薄膜材料是鈣鈦礦型鈦酸鹽系鐵電薄膜材料中的代表性材料，同時也是研宄較為廣泛的材料之一。由于鐵電薄膜具有獨特的光學和電學特性如壓電效應、熱釋電效應、光電效應、非線性光學效應以及剩余極化性能，廣泛地應用于紅外探測元件薄膜、電容器、微型壓電驅動器、太陽能電池等器件中，利用鐵電薄膜材料所具有的剩余極化特性以及其可以與半導體集成電路相兼容性能夠制備非易失性鐵電存儲器。目前鈦酸鉛薄膜的制備方法主要有溶膠-凝膠法(sol-gel)，激光脈沖沉積法(PLD)。
[0003]近來，人們利用各種方法制備了 PbMnrTinO3陶瓷材料，但是PbMn Ji1-ZV薄膜材料并未有人制作。PbMnxTihCV薄膜相對于了 PbMn ,、/^陶瓷具有更快的對光相應速度，光生電流更大，光電相應效率更高。但是由于鈦酸四丁酯遇水分解變成固體，很難配置出理想的溶膠。而且由于理想結構的PbMnrTihCV薄膜對退火溫度的要求非常苛刻，所以，至今還未得到PbMnxTLxO3薄膜。
【發明內容】
[0004]本發明的目的之一在于提供一種多層同質生長PbMnrTihCV薄膜，該薄膜具備均勻性好、致密度高、表面平整等優點，能夠改善其在太陽能電池、微型壓電驅動器、半導體集成電路器件等方面的應用。
[0005]本發明的第二個目的在于提供多層同質生長PbMnrTihCV薄膜的制備方法，其制備方法可控性強，易于操控，可以控制薄膜的厚度也拓寬了其在鐵電材料技術領域的應用。
[0006]實現本發明目的的具體技術方案是:
一種PbMnrTihCV薄膜，其特征在于該薄膜是由在石英襯底上多層同質生長PbMnxIVxO3構成，其層數至少20層，每層厚度27?33nm ;其中PbMn Ji1-A中x取值范圍為0〈 X <0.09。一種上述薄膜的制備方法，該方法包括以下具體步驟:
步驟一制備膠體
所用原料為乙酸鉛、鈦酸四酊脂、醋酸錳；所用溶劑為乙酰丙酮和乙酸；特別強調的是PbMnrTi1-A中 X 取值范圍為 0< X ^ 0.09 ；
將乙酸鉛、醋酸錳分別加入已配置的乙酸和乙酰丙酮混合溶液中，在50°C下攪拌溶解，再將鈦酸四酊脂在攪拌狀態下滴加到溶液中，充分溶解后再攪拌2小時，攪拌溫度為30°C，得到膠體放置24小時，待用；其中，乙酸鉛、醋酸錳、鈦酸四酊脂的摩爾比為1: 0.01?0.09: 0.99?0.91 ;乙酸、乙酰丙酮的體積比為5:1 ;
步驟二制備多層同質PbMnrTi1-ZV薄膜
采用旋涂用膠方法沉積薄膜，勾膠機最終轉速為6000rpm，旋轉時間為30s，前2s轉速從 O rpm 到達 6000rpm ；
i)將預處理過的石英襯底放置在勻膠機的吸板上，固定住襯底，用一次性注射器吸取步驟一制備的膠體，滴在襯底上，然后開啟勻膠機，甩膠得到27?33nm厚度的薄膜；立即對薄膜進行RTP快速退火處理，退火處理步驟為:首先在300?310°C的空氣中預熱100?110s，然后再800?830°C下進行快速退火，時間為400?450s。
[0007]ii)待退火結束后再在退火后的薄膜表面上滴加用一次性注射器吸取的步驟一制備的膠體，然后開啟勻膠機，甩膠得到27?33nm厚度的薄膜；立即對薄膜進行RTP快速退火處理，退火處理步驟為:首先在300?310°C的空氣中預熱100?110s，然后再800?830°C下進行快速退火，時間為400?450s。
[0008]iii)重復至少20次步驟二中ii)的整個過程；得到多層同質PbMnxTLxCV薄膜；本發明的PbMnxTinCV薄膜均勻性好、純度高、致密性好，表面平整，可以改善其在太陽能電池、微型壓電驅動器、半導體集成電路器件等方面的應用；其制備方法可控性強，易于操控，可以控制薄膜的厚度也拓寬了其在鐵電材料技術領域的應用。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明制備得到的PbMnxTLxCV薄膜的XRD圖；
圖2為本發明制備得到PbMnxTihCV薄膜的SEM圖。
【具體實施方式】
[0010]結合以下具體實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
實施例
[0011]a)清洗玻璃襯底，依次使用丙酮、乙醇和去離子水進行超聲清洗，清洗完之后放置于去離子水中保存，使用前用氮氣槍吹干。
[0012]b)配置濃度為0.5mol/L溶膠40ml，PbMnJihOj^ x取值為0.03，稱量乙酸鉛0.02mol、鈦酸四酊脂0.006mol、醋酸錳0.0194mol、乙酸30ml、乙酰丙酮6ml。將稱量好的乙酸鉛，鈦酸四酊脂，醋酸錳分別加入乙酸和乙酰丙酮混合溶液中，特別強調的是鈦酸四酊脂在滴加入溶液時必須保證溶液在攪拌狀態(磁力攪拌器此時提供的加熱溫度為30°C )。充分溶解后再進行攪拌兩小時，得到膠體放置24小時，待用。
[0013]c)將預處理過的襯底放置在勻膠機的吸板上，固定住襯底，用一次性注射器吸取配置好的溶膠，滴在襯底上0.3ml溶膠，然后開啟勻膠機；甩膠得到30nm厚度的薄膜。勻膠機最終轉速設定為為6000rmp，旋轉時間設定為30s，前2s轉速從O到達6000rpm。
[0014]d)采用層層RTP快速退火的方法進行退火，即每生長一層PbMnxTinCV薄膜，立即對薄膜進行快退火處理，快退火步驟為:首先在300°C的空氣中預熱100s，然后再800°C下進行快速退火，時間為400s，最后采用慢降溫方式，降溫時間10s ;待退火結束后再在退火后的薄膜表面上生長下一層PbMnrTihCB薄膜。當最后一層薄膜生長結束后再進行一次慢退火處理。PbMnrTihCV薄膜生長的重復次數為23次。
【主權項】
1.一種PbMn Ji1-ZV薄膜，其特征在于該薄膜是由在石英襯底上多層同質生長PbMnxIVxO3構成，其層數至少20層，每層厚度27?33nm ;其中PbMn Ji1-A中x取值范圍為 0〈 X < 0.09。
2.—種權利要求1所述薄膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下具體步驟: 步驟一制備膠體 所用原料為乙酸鉛、鈦酸四酊脂、醋酸錳；所用溶劑為乙酰丙酮和乙酸；PbMnxTiHO3中X取值范圍為0〈 X ^ 0.09 ； 將乙酸鉛、醋酸錳分別加入已配置的乙酸和乙酰丙酮混合溶液中，在50°C下攪拌溶解，再將鈦酸四酊脂在攪拌狀態下滴加到溶液中，充分溶解后再攪拌2小時，攪拌溫度為30°C，得到膠體放置24小時，待用；其中，乙酸鉛、醋酸錳、鈦酸四酊脂的摩爾比為1: 0.01?0.09: 0.99?0.91 ;乙酸、乙酰丙酮的體積比為5:1 ; 步驟二制備多層同質PbMnrTi1-ZV薄膜 采用旋涂用膠方法沉積薄膜，勾膠機最終轉速為6000rpm，旋轉時間為30s，前2s轉速從 O rpm 到達 6000rpm ； i )將預處理過的石英襯底放置在勻膠機的吸板上，固定住襯底，用一次性注射器吸取步驟一制備的膠體，滴在襯底上，然后開啟勻膠機，甩膠得到27?33nm厚度的薄膜；立即對薄膜進行RTP快速退火處理，退火處理步驟為:首先在300?310°C的空氣中預熱100?110s，然后再800?830°C下進行快速退火，時間為400?450s; ?)待退火結束后再在退火后的薄膜表面上滴加用一次性注射器吸取的步驟一制備的膠體，然后開啟勻膠機，甩膠得到27?33nm厚度的薄膜；立即對薄膜進行RTP快速退火處理，退火處理步驟為:首先在300?310°C的空氣中預熱100?110s，然后再800?830°C下進行快速退火，時間為400?450s; iii)重復至少20次步驟二中ii )的整個過程；得到多層同質PbMnrTLxCV薄膜。
【專利摘要】本發明公開了一種多層同質PbMnxTi1-xO3薄膜及制備方法，其薄膜是由在石英襯底上同質生長PbMnxTi1-xO3構成，層數至少20層，每層厚度27～33nm；其中PbMnxTi1-xO3中x取值范圍為0<ｘ≤0.09。制備方法包括利用Sol-gel法在石英襯底上多次常溫生長一層PbMnxTi1-xO3薄膜，其中特別強調的是多層膜的生長過程中每層膜皆采用快速退火方式，即每生長一層PbMnxTi1-xO3薄膜，立即對薄膜進行快退火處理，待退火結束后再在退火后的薄膜表面上生長下一層PbMnxTi1-xO3薄膜，最后得到以石英為襯底的多層同質PbMnxTi1-xO3薄膜。本發明得到的PbMnxTi1-xO3薄膜均勻性好、產物顆粒均一、致密性好，表面性質明顯改善，同時利用Sol-gel法可控性強，易于操作，可以控制薄膜的厚度。
【IPC分類】C03C17-22
【公開號】CN104803608
【申請號】CN201510062536
【發明人】鄭拓, 楊平雄, 褚君浩
【申請人】華東師范大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年2月6日