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【成果转化】一种逐层交替掺杂低漏电流BiFeO3薄膜及其制备方法

推荐机构:西安科技大市场

委托机构:西安远诺知识产权运营管理有限公司

技术经理人:尹晓雪

项目名称:一种逐层交替掺杂低漏电流BiFeO3薄膜及其制备方法

项目持有人:陕西科技大学

知识产权情况:

项目所属领域:新材料技术

一种逐层交替掺杂低漏电流BiFeO3薄膜及其制备方法

一种逐层交替掺杂低漏电流BiFeO3薄膜及其制备方法

项目创新点:

  • 1、本发明选择镧系元素Tb和Sm进行A位掺杂,在BiFeO3的A位掺杂镧系元素可以稳定钙钛矿结构中的铁氧八面体,同时由于Tb替代了部分Bi,使得Bi在退火过程中的挥发量减少从而减少了氧空位的产生,因此能够有效的增强薄膜的绝缘性,减小漏导。而且A位掺杂也会在一定程度上破坏BiFeO3结构中周期性的磁螺旋结构,故而也可以改善其磁性能。而且在本发明中采用逐层交替掺杂的方式能通过薄膜内部界面效应,阻碍电子或者空穴在电场作用下的传递,可以进一步减小漏电流密度。
  • 2、目前用于制备BiFeO3薄膜的方法有很多,如化学气相沉积法(CVD)、磁控溅射法(rfmagnetronsputtering)、金属有机物沉积法(MOD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、液相沉积法(LPD)、分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)等。相比其他方法,由于溶胶-凝胶法(Sol-Gel方法)具有不需要昂贵的真空设备,适宜在大的表面和形状不规则的表面上制备薄膜,而且Sol-Gel法制备BiFeO3薄膜所需温度低,有利于解决BiFeO3薄膜制备过程中的Fe变价和Bi挥发的问题;同时易于掺杂改性,可以有效地控制薄膜的组分和结构,薄膜化学成分比较容易控制,特别适于制备多组元氧化物薄膜材料,能精确控制薄膜的化学计量比和掺杂;因此,本发明采用Sol-Gel方法以逐层交替掺杂的形式制备逐层交替掺杂低漏电流BiFeO3薄膜。
  • 3、本发明设备要求简单,实验条件容易达到,制备的薄膜均匀性较好,掺杂量容易控制,并且可通过多元掺杂大幅度提高薄膜的电性能。这种方法能够制备出在500kV/cm的高电场下漏电流密度仍保持在10-5A/cm2左右的BiFeO3薄膜。

原理路线:

  • 1)将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O以及Tb(NO3)3·6H2O按(0.91-0.97):1:(0.08-0.14)的摩尔比溶于乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液中搅拌均匀,得到前驱液A;将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Sm(NO3)3·6H2O按(0.90-0.97):1:(0.08-0.15)的摩尔比溶于乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液中搅拌均匀,得到前驱液B;其中,前驱液A和前驱液B中总的金属离子浓度均为0.1~0.5mol/L;
  • 2)将前驱液A旋涂在FTO/glass基片上,然后于180~260℃烘烤得干膜,再在550℃下退火8~10min,即得Tb掺杂的晶态BiFeO3薄膜;
  • 3)将Tb掺杂的晶态BiFeO3薄膜冷却,在冷却后Tb掺杂的晶态BiFeO3薄膜上旋涂前驱液B,然后于180~260℃烘烤得干膜,再在550℃下退火8~10min,即在Tb掺杂的晶态BiFeO3薄膜上制备出Sm掺杂的晶态BiFeO3薄膜; 4)在Sm掺杂的晶态BiFeO3薄膜上交替制备Tb掺杂的晶态BiFeO3薄膜和Sm掺杂的晶态BiFeO3薄膜,得到逐层交替掺杂低漏电流BiFeO3薄膜。

项目阶段:研发

市场应用与前景:

技术交易方式:技术转让

意向交易额:面谈

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