一種SrFeO_2.5磁性薄膜及其制備方法

一種SrFeO_2.5磁性薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種SrFeO2.5磁性薄膜及其制備方法，將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3·H2O溶解于乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌均勻，得到SrFeO2.5前軀液。采用旋涂法和逐層退火的工藝，在基片上制得SrFeO2.5磁性薄膜。本發明設備要求簡單，實驗條件容易達到，化學組分精確可控，制備的SrFeO2.5磁性薄膜均勻性較好，具有正交結構。當測試頻率為1kHz時，該薄膜的介電常數為425；當電場為100kV/cm時，該薄膜的漏電流密度為1.07×10?4A/cm2，室溫下，該薄膜的飽和磁化值為5.4emu/cm3，剩余磁化值為0.45emu/cm3。
【專利說明】
一種Sr Fe02.5磁性薄膜及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于功能材料領域，具體涉及一種SrFe02.5磁性薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鈣鈦礦型結構化合物具有許多優良的物理、化學性質，例如量子輸運、氧輸運等，使它在自旋電子器件、氧燃料電池等應用上有較廣闊的發展前景，因此受到了人們的廣泛關注。其通式是ABC3, A、B—般是金屬陽離子，C離子可以為陽離子，也可以為鹵族元素離子。且必須滿足以下幾個條件:(I)A離子半徑比B離子半徑大；(2)比離子半徑適于八面體配位；
(3)A、B離子的電價之和等于C離子電價的3倍。
[0003]SrFeO3-S是鈣鈦礦型結構化合物中的一員，由于它的氧含量變化范圍廣，使它具有四種晶型，分別是立方鈣鈦礦、四方鈣鈦礦、正交鈣鈦礦和褐針鎳礦。同時，氧含量和Fe4+/Fe3+離子的比例也在很大程度上影響著薄膜的磁結構和性質。因此，SrFeO3-S薄膜可以作為一種新型的氧傳感器材料。
[0004]目前，鐵酸鍶薄膜的制備方法主要是化學或激光沉積法和固體粉末燒結法等。采用溶膠一凝膠法制備SrFeO3-S薄膜是一種較為新穎的方法，具有很廣的發展前景。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種SrFe02.5磁性薄膜及其制備方法，該方法能夠制備出具有正交結構和一定鐵磁性的SrFe02.5薄膜。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]一種SrFeO2.5磁性薄膜，該薄膜的結構式為SrFeO2.5，該薄膜屬于ICMM空間點群，具有正交結構，晶胞參數 a = 5.5280、b = 15.5579、c = 5.4424。
[0008]在IkHz測試頻率下，該薄膜的介電常數為425;在lOOkV/cm電場下，該薄膜的漏電流密度為1.07 X 10—4A/cm2 ；室溫下，該薄膜的飽和磁化值為5.4emu/cm3，剩余磁化值為
0.45emu/cm3。
[0009]—種SrFeO2.5磁性薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0010]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶于溶劑中，攪拌均勻后得到SrFeO2.5前驅液;其中溶劑為乙二醇和醋酸酐的混合物；
[0011]步驟2:采用旋涂法在基片上旋涂SrFeO2.5前驅液，得到SrFeO2.5濕膜，SrFeO2.5濕膜經勻膠后在200?300 0C下烘烤得干膜，再于580?620 °C下在空氣中退火，得到晶態SrFeO2.5
薄膜；
[0012]步驟3:待晶態SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態SrFeO2.5薄膜上重復步驟2，直至達到所需厚度，即得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0013]所述溶劑中乙二醇和醋酸酐的體積比為(2.5?3.5):1，SrFeO2.5前驅液中Sr離子的濃度為0.05?0.25mol/L。
[0014]所述步驟I中攪拌均勻所需的時間為2?3h。
[0015]所述步驟2在進行前，先將基片表面清洗干凈，然后在紫外光下照射處理，使基片表面達到原子清潔度。
[0016]所述步驟2中勻膠時的勻膠轉速為3500?4500r/min，勻膠時間為10?15s。
[0017]所述步驟2中勻膠后的烘烤時間為6?IOmin。
[0018]所述步驟2中的退火時間為20?40min。
[0019]所述的SrFe02.5磁性薄膜由6?16層晶態SrFe02.5薄膜構成。
[0020]相對于現有技術，本發明具有以下有益效果:
[0021]1、目前用于制備薄膜的方法很多，如化學氣相沉積法(CVD)、磁控濺射法(rfmagnetron sputtering)、金屬有機物沉積法(MOD)、金屬有機物化學氣相沉積法(MOCVD)、液相沉積法(LH))、分子束外延法(MBE)、脈沖激光沉積法(PLD)等。相比其他方法，溶膠-凝膠法(Sol-Gel)具有設備要求簡單，實驗條件容易達到，反應容易進行，反應溫度較低，易操作，適宜在大的表面和形狀不規則的表面上制備薄膜，易實現分子水平上的均勻摻雜，制備的薄膜均勻性較好，以及化學組分精確可控等優點。本發明采用溶膠-凝膠法，因為溶膠-凝膠法制備過程中沒有機械混合，不易引入雜質，產物純度高，化學計量比容易控制，燒結溫度低，而且利用此方法可以實現分子水平的混合，因此體系均勻性好，更加容易制備出性能優異的SrFe02.5磁性薄膜。本發明中采用溶膠凝膠法，先按比例混合硝酸鍶和硝酸鐵，配制成SrFeO2.5前驅液，再用旋涂法和逐層退火的工藝在基片上制備出致密度高，晶粒尺寸均勻的SrFe02.5磁性薄膜，且制得的SrFe02.5磁性薄膜為正交結構，并具有一定的磁性。
[0022]2、本發明提供的SrFeOu磁性薄膜表面平整，晶粒尺寸較小，該薄膜屬于ICMM空間點群，具有正交結構，其晶胞參數3 = 5.5280士 = 15.5579、0 = 5.4424，且該薄膜具有一定的磁性。
[0023]進一步的，本發明提供的SrFeO2.5磁性薄膜，在測試頻率為IkHz時，其介電常數為425;在測試電場為lOOkV/cm時，其漏電流密度為1.07 X lO^A/cm2，室溫下，其飽和磁化值為
5.4emu/cm3，剩余磁化值為0.45emu/cm3。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明制備的SrFe02.5磁性薄膜的XRD精修圖；
[0025]圖2是本發明制備的SrFeOu磁性薄膜的介電性能與測試頻率的關系圖；
[0026]圖3是本發明制備的SrFeO2.5磁性薄膜的漏電流密度；
[0027]圖4是本發明制備的SrFeO2.5磁性薄膜的磁滯回線。
【具體實施方式】
[0028]下面結合本發明較優的實施例和附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0029]實施例1
[0030]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2.5h得到Sr離子濃度為0.lmol/L的穩定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為3:1
[0031]步驟2:將FTO/glass基片切割成實驗所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅液，制備SrFeO2.5濕膜，對SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉速為4000r/min，勻膠時間為15s，勻膠結束后，在250°C溫度下烘烤Smin得干膜，再在600°C溫度下空氣中層層退火30min，得到晶態SrFe02.5薄膜；
[0032]步驟3，待晶態SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態SrFeO2.5薄膜上重復步驟2，重復10次，得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0033]實施例2
[0034]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2h得到Sr離子濃度為0.15mol/L的穩定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為2.5:1
[0035]步驟2:將FTO/glass基片切割成實驗所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅液，制備SrFeO2.5濕膜，對SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉速為3500r/min，勻膠時間為14s，勻膠結束后，在200°C溫度下烘烤1min得干膜，再在580°C溫度下空氣中層層退火40min，得到晶態SrFe02.5薄膜；
[0036]步驟3，待晶態SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態SrFeO2.5薄膜上重復步驟2，重復5次，得至丨JSrFe02.5磁性薄膜。
[0037]實施例3
[0038]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌3h得到Sr離子濃度為0.2mo 1/L的穩定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為3.5:1
[0039]步驟2:將FTO/glass基片切割成實驗所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅液，制備SrFeO2.5濕膜，對SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉速為4500r/min，勻膠時間為10s，勻膠結束后，在300°C溫度下烘烤6min得干膜，再在620°C溫度下空氣中層層退火20min，得到晶態SrFe02.5薄膜；
[0040]步驟3，待晶態SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態SrFeO2.5薄膜上重復步驟2，重復15次，得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0041 ] 實施例4
[0042]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2.2h得到Sr離子濃度為0.05mol/L的穩定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為2.8:1
[0043]步驟2:將FTO/glass基片切割成實驗所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅液，制備SrFeO2.5濕膜，對SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉速為3800r/min，勻膠時間為13s，勻膠結束后，在220°C溫度下烘烤9min得干膜，再在590°C溫度下空氣中層層退火35min，得到晶態SrFe02.5薄膜；
[0044]步驟3，待晶態SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態SrFeO2.5薄膜上重復步驟2，重復8次，得至丨JSrFe02.5磁性薄膜。
[0045]實施例5
[0046]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2.8h得到Sr離子濃度為0.25mol/L的穩定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為3.2:1
[0047]步驟2:將FTO/glass基片切割成實驗所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅液，制備SrFeO2.5濕膜，對SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉速為4200r/min，勻膠時間為11s，勻膠結束后，在280°C溫度下烘烤7min得干膜，再在610°C溫度下空氣中層層退火25min，得到晶態SrFe02.5薄膜；
[0048]步驟3，待晶態SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態SrFeO2.5薄膜上重復步驟2，重復12次，得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0049]實施例6
[0050]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2.5h得到Sr離子濃度為0.18mol/L的穩定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為3:1
[0051]步驟2:將FTO/glass基片切割成實驗所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅液，制備SrFeO2.5濕膜，對SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉速為3900r/min，勻膠時間為12s，勻膠結束后，在260°C溫度下烘烤7.5min得干膜，再在605°C溫度下空氣中層層退火28min，得到晶態SrFe02.5薄膜；
[0052]步驟3，待晶態SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態SrFeO2.5薄膜上重復步驟2，重復14次，得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0053]采用XRD測定SrFeO2.5磁性薄膜的物相組成結構，結果如圖1所示，通過精修發現SrFeO2.5磁性薄膜屬于ICMM空間點群，具有正交結構，其晶胞參數a = 5.5280、b = 15.5579,c=5.4424。用FE-SEM測定SrFeO2.5薄膜的微觀形貌界面接觸情況，發現SrFeO2.5磁性薄膜表面平整，顆粒均勻，界面接觸情況良好。用Agilent E4980A精密LCR表測試SrFe02.5磁性薄膜的介電性能，結果如圖2所示，可以看出在IkHz測試頻率下，SrFe02.5磁性薄膜的介電常數為425。用Agilent B2900測試SrFe02.rflT_薄膜的漏導電流特性，結果如圖3所示，可以看出在lOOkV/cm電場下，SrFeO2.5磁性薄膜的漏電流密度為1.07X 10—4A/cm2。用SQUID MPMS-XL-7測試SrFe02.5磁性薄膜室溫下的鐵磁性能，結果如圖4所示，可以看出室溫下SrFe02.5磁性薄膜的飽和磁化值為5.4emu/cm3，剩余磁化值為0.45emu/cm3。
[0054]本發明提供了一種SrFeO2.5磁性薄膜的制備方法，按摩爾比為1:1將Sr (NO3)2、Fe(NO3)3.H2O溶解于乙二醇和醋酸酐的混合液中(體積比為3:1)，攪拌2?3h得到Sr離子濃度為0.05?0.25mol/L的穩定的SrFeO2.5前軀液。采用旋涂法和逐層退火的工藝，在原子度清潔的FTO基片上制得晶粒尺寸均勻的SrFeOu磁性薄膜(5?15層)。本發明設備要求簡單，實驗條件容易達到，化學組分精確可控，制備的SrFeO2.5磁性薄膜均勻性較好，屬于ICMM空間點群，具有正交結構，同時具有較低的漏電流密度，較高的介電常數以及一定的鐵磁性。
[0055]以上所述僅為本發明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本發明說明書而對本發明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種SrFe02.5磁性薄膜，其特征在于:該薄膜的結構式為SrFe02.5，該薄膜屬于ICMM空間點群，具有正交結構，晶胞參數a = 5.5280、b = 15.5579、c = 5.4424。2.根據權利要求1所述的SrFeO2.5磁性薄膜，其特征在于:在IkHz測試頻率下，該薄膜的介電常數為425;在lOOkV/cm電場下，該薄膜的漏電流密度為1.07 X 10—4A/cm2;室溫下，該薄膜的飽和磁化值為5.4emu/cm3，剩余磁化值為0.45emu/cm3。3.一種SrFeO2.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將Sr (NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶于溶劑中，攪拌均勻后得到SrFeO2.5前驅液;其中溶劑為乙二醇和醋酸酐的混合物； 步驟2:采用旋涂法在基片上旋涂SrFe02.5前驅液，得到SrFe02.5濕膜，SrFe02.5濕膜經勻膠后在200?300°C下烘烤得干膜，再于580?620°C下在空氣中退火，得到晶態SrFeO2.5薄膜； 步驟3:待晶態SrFe02.5薄膜冷卻后，在晶態SrFe02.5薄膜上重復步驟2，直至達到所需厚度，即得到SrFe02.rfm4薄膜。4.根據權利要求3所述的SrFeO2.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述溶劑中乙二醇和醋酸酐的體積比為(2.5?3.5):1, SrFeO2.5前驅液中Sr離子的濃度為0.05?0.25mol/L05.根據權利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟I中攪拌均勻所需的時間為2?3h。6.根據權利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2在進行前，先將基片表面清洗干凈，然后在紫外光下照射處理，使基片表面達到原子清潔度。7.根據權利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2中勻膠時的勻膠轉速為3500?4500r/min，勻膠時間為10?15s。8.根據權利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2中勻膠后的烘烤時間為6?I Omin。9.根據權利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2中的退火時間為20?40min。10.根據權利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述的SrFe〇2.5磁性薄膜由6?16層晶態SrFe02.5薄膜構成。
【文檔編號】H01F41/22GK105845436SQ201610202051
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】談國強, 樂忠威, 楊瑋, 任慧君, 夏傲
【申請人】陜西科技大學