專利名稱：高性能La、V共摻SrBi的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵電材料，特別涉及一種高性能La、V共摻SrBi4Ti4O15鐵電薄膜。
背景技術(shù)：
鐵電材料以其非易失性、開關(guān)速度快、存儲密度高等優(yōu)點(diǎn)，在存儲器、邏輯器件等方面具有良好的應(yīng)用前景。用作非易失性鐵電存儲器(NvFRAM)的材料，要求有大剩余極化(2Pr)、較小的矯頑場、優(yōu)良的抗疲勞性能、制備溫度與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容、無污染等。
在本發(fā)明之前，現(xiàn)在鐵電材料都存在著一定的缺陷和問題，如Pb(Ti，Zr)O3的抗疲勞性能差，并且制備過程中有污染，SrBi2Ta2O9的剩余極化較??；而Bi4Ti3O12的抗疲勞性能不好，且剩余極化不大，這些都使鐵電存儲器的實(shí)際應(yīng)用受到了很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述常用材料缺陷，設(shè)計(jì)、研制一種高性能La、V共摻SrBi4Ti4O15鐵電薄膜。
本發(fā)明的技術(shù)方案是高性能La、V共摻SrBi4Ti4O15鐵電薄膜，其主要技術(shù)特征在于SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15鐵電薄膜中La、V摻雜量分別為0.1、0.03，其結(jié)構(gòu)為層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于La摻雜主要是增大SrBi4Ti4O15的剩余極化(2Pr)，而V摻雜主要是提高其抗疲勞性能(fatigue)，所以La、V共同摻雜可以達(dá)到既增大剩余極化又提高抗疲勞性能的目的；高性能的SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15鐵電薄膜具有剩余極化大，矯頑場低、抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)。其剩余極化(2Pr)達(dá)到46.7μC/cm2，矯頑場(Ec)僅為83kV/cm。更重要的是，SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15薄膜在高頻和低頻下，極化Pnv經(jīng)過2.2×109和1.3×1012次疲勞反轉(zhuǎn)后幾乎均無變化，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗疲勞性能。
溶膠-凝膠法是一種常用的制備薄膜的方法，具有易大面積制膜，組分控制精確，工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，且與半導(dǎo)體技術(shù)相兼容。
我們用溶膠-凝膠法制備出具有剩余極化大、抗疲勞性能好的鐵電薄膜，這種綜合性能優(yōu)良的薄膜能夠克服以上常用材料的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和效果將在下面繼續(xù)描述。


圖1——SBLTV薄膜樣品的表面SEM圖。
圖2——SBLTV薄膜樣品的電滯回線圖。
圖3——測試頻率為1MHz時(shí)SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15薄膜樣品的疲勞性能圖。
圖4——測試頻率為50kHz時(shí)SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15薄膜樣品的疲勞性能圖。
圖5——制備高性能La、V共摻SrBi4Ti4O15鐵電薄膜流程圖。
圖6——SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15結(jié)構(gòu)式圖。
具體實(shí)施例方式
用溶膠-凝膠法制備前驅(qū)體溶液，其步驟為將醋酸鉍(Bi(CH3CO2)3)、醋酸鍶(Sr(CH3CO2)2)、醋酸鑭(La(CH3CO2)3)溶于醋酸水溶液中，攪拌至完全溶解；將鈦酸丁酯(Ti(C3H9O)4)和異丙氧釩(VO(C3H7O)3)溶于正丙醇；然后將上述二溶液充分混合，攪拌數(shù)小時(shí)，得到澄清穩(wěn)定的前驅(qū)體溶液。
制備鐵電薄膜流程如圖5所示將澄清的SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15前驅(qū)體溶液用甩膠的方法沉積在Pt/Ti/SiO2/Si基片上(轉(zhuǎn)速為3000rpm，30s勻膠)，將濕膜放在烘烤臺上在250℃、400℃溫度烘烤2分鐘，再放入管式爐中750℃退火、通氧幾分鐘，結(jié)晶制成成品膜，即SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15鐵電薄膜。
本發(fā)明制備的成品膜，經(jīng)各項(xiàng)測試如圖1所示，為SBLTV薄膜樣品表面SEM照片，可以看出，薄膜樣品的表面光滑，晶粒排布致密、均勻、無裂縫。晶粒大小均勻。
如圖2所示，為樣品在267kV/cm的外電場下測得的電滯回線，回線具有較好的矩形度，其剩余極化(2Pr)達(dá)到46.7μC/cm2，這比目前研究的較多的Bi4Ti3O12、Bi3.25La0.75Ti3O12及SrBi2Ta2O9等鐵電材料的剩余極化都大，這將有利于鐵電存儲器中“0”“1”碼的辨別，并且有較好的抗疲勞性能。
如圖3、圖4所示，分別顯示了SBLTV薄膜樣品在高頻(1MHz)和低頻(50kHz)下的疲勞性能，其測試電壓均為200kV/cm。在1MHz下，經(jīng)過1.3×1012次反轉(zhuǎn)后樣品的非揮發(fā)極化(Pnv＝P*-P^)幾乎沒無變化，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗疲勞性能。低頻50kHz下，Pnv經(jīng)過2.2×109次反轉(zhuǎn)后只下降了10％，以上說明了，SBLTV鐵電薄膜在高頻和低頻下都有優(yōu)良的抗疲勞性能。
權(quán)利要求
1.高性能La、V共摻SrBi4Ti4O15鐵電薄膜，其特征在于SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15鐵電薄膜中La、V摻雜量分別為0.1、0.03，其結(jié)構(gòu)為層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，是(Bi2O2)2+層中間夾著四個(gè)八面體結(jié)構(gòu)的類鈣鈦礦層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能La、V共摻SrBi4Ti4O15鐵電薄膜，其特征在于在267kV/cm的外電場下的電滯回線，其剩余極化(2Pr)達(dá)到46.7μC/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能La、V共摻SrBi
文檔編號C04B35/462GK101020582SQ200610039130
公開日2007年8月22日 申請日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者陳小兵, 孫慧, 朱駿, 毛翔, 方洪 申請人:揚(yáng)州大學(xué)