薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及功能薄膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用不同濃度的前驅(qū)液制備多層 BiFeCV薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前制備多鐵性薄膜的方法有多種：金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法、磁控濺射法、分子 束外延法、脈沖激光沉積法、溶膠凝膠法等。然而，純的BiFeO 3多鐵性薄膜由于制備過程中 原子價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致薄膜的致密性能較差進(jìn)而在室溫條件漏電流較大，得到的電滯回線矩 形度較差，不能滿足器件應(yīng)用的要求。摻雜是降低BiFeO 3多鐵性薄膜漏電流的有效方法， 例如公布號為CN 103613372A的專利，通過摻雜Tb、Mn、Cu元素來降低BiFeO3的漏電流密 度，在300kV/cm時(shí)的漏電流為1(T 5A/Cm2。所以，降低多鐵性薄膜的漏電流是目前亟待解決 的關(guān)鍵問題。溶膠凝膠法是制備多鐵性薄膜的常用工藝，該工藝需要多次涂覆才能獲得一 定的厚度，為了降低涂覆次數(shù)，提高效率，通常采用高濃度的前驅(qū)液來制備薄膜，這樣會導(dǎo) 致薄膜出現(xiàn)裂紋、孔洞，表面不致密，漏電流過大。但若使用低濃度的前驅(qū)液制備薄膜，需要 反復(fù)非常多的次數(shù)才能獲得一定的厚度，不但增大了薄膜被污染的可能，而且還降低了制 備效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種應(yīng)用不同濃度的前驅(qū)液制備多層BiFeCV薄膜的方法，通過高、低 濃度層交替搭配來提高薄膜的致密性進(jìn)而降低薄膜的漏電流，提高薄膜的鐵電性能，而且 可以保證薄膜的制備效率。
[0004] 下面闡述的是本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0005] 一種應(yīng)用不同濃度的前驅(qū)液制備多層BiFeCV薄膜的方法，所述方法包括：
[0006] (1)將Bi (NO3) 3 · 5H20、Fe (NO3) 3 · 5H20溶于乙二醇甲醚和乙酸酐混合而成的混合 液中，分別配置出濃度為（1.0-2. 0)mol/L的A前驅(qū)液和濃度為（0. 02-0. l)mol/L的B前驅(qū) 液。
[0007] (2)在基片上旋涂A前驅(qū)液或B前驅(qū)液，并將其烘烤、冷卻，得到單層BiFeCV薄膜。
[0008] (3)在單層BiFeCV薄膜上再旋涂B前驅(qū)液或A前驅(qū)液，并將其烘烤、冷卻，得到雙 層BiFeCV薄膜。
[0009] (4)根據(jù)厚度需要交替旋涂A前驅(qū)液或B前驅(qū)液并烘烤、冷卻，得到多層BiFeCV薄 膜。
【附圖說明】
[0010] 圖Ia-圖Id描述了本發(fā)明中多層BiFeCV薄膜的膜層結(jié)構(gòu)。
[0011] 圖2為應(yīng)用本發(fā)明所得多層BiFeCV薄膜與常規(guī)方法（高濃度法）制備的BiFeO 3 薄膜的漏電流比較圖，其中a為常規(guī)方法所得曲線，b為本發(fā)明所得曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 實(shí)施例1 :
[0013] (1)將 Bi:Fe 摩爾比為 1.05:1 的 Bi (NO3)3 · 5H20、Fe(NO3)3 · 5H20 溶于體積比為 3:1(乙二醇甲醚：乙酸酐）的乙二醇甲醚和乙酸酐的混合液中，攪拌4h，分別制得濃度為 I. 5mol/L的A前驅(qū)液和0· lmol/L的B前驅(qū)液，陳化24h〇
[0014] (2)以鍍有FTO (F摻雜SnO2)的玻璃作為基片，對玻璃基片進(jìn)行表面處理和清洗：
[0015] ①用氫氧化鈉溶液浸泡24小時(shí)，去除殘留在表面的附著物；
[0016] ②丙酮超聲清洗10-15分鐘，去除基片表面有機(jī)物；
[0017] ③乙醇超聲清洗8-15分鐘，除掉玻璃表面的碳?xì)浠衔铮?br>[0018] ④最后用去離子水超聲清洗10分鐘，去除殘留的乙醇。
[0019] (3)將A前驅(qū)液用滴管滴3-4滴到FTO玻璃上，啟動勻膠機(jī)進(jìn)行旋涂，形成濕薄膜；
[0020] (4)將濕薄膜在120°c下進(jìn)行低溫烘干5min處理，去除薄膜中的碳、氫成分；烘干 的薄膜在400°C進(jìn)行預(yù)熱處理15分鐘，然后冷卻；
[0021] (5)將A前驅(qū)液制備的薄膜冷卻后在其表面上滴3-4滴B前驅(qū)液。啟動勻膠機(jī)進(jìn) 行旋涂，采用步驟（4)的烘烤條件進(jìn)行烘烤。重復(fù)步驟（3) - (5)，獲得一定厚度且按照A/B··· A/B方式搭配的BiFeCV薄膜；
[0022] (6)將BiFeCV薄膜在空氣環(huán)境中進(jìn)行熱處理，溫度為550°C，時(shí)間為lh，使薄膜晶 化；待樣品自然冷卻后，即可獲得BiFeO 3鐵電薄膜。
[0023] (7)在BiFeCV薄膜表面上采用真空蒸鍍工藝制備Au上電極薄膜。掩膜板的直徑 為 0· 5mm〇
[0024] 實(shí)施例2 :
[0025] (1)將 Bi:Fe 摩爾比為 1.05:1 的 Bi (NO3)3 · 5H20、Fe(NO3)3 · 5H20 溶于體積比為 3:1(乙二醇甲醚：乙酸酐）的乙二醇甲醚和乙酸酐的混合液中，攪拌4h，分別制得濃度為 lmol/L的A前驅(qū)液和0· 08mol/L的B前驅(qū)液，陳化24h〇
[0026] (2)以鍍有FTO的玻璃作為基片，對玻璃基片進(jìn)行表面處理和清洗：
[0027] ①用氫氧化鈉溶液浸泡24小時(shí)，去除殘留在表面的附著物；
[0028] ②丙酮超聲清洗10-15分鐘，去除基片表面有機(jī)物；
[0029] ③乙醇超聲清洗8-15分鐘，除掉玻璃表面的碳?xì)浠衔铮?br>[0030] ④最后用去離子水超聲清洗10分鐘，去除殘留的乙醇。
[0031] (3)將配制好的A前驅(qū)液滴3-4滴到鍍有FTO薄膜的玻璃基片上，啟動勻膠機(jī)進(jìn)行 旋涂，形成濕膜；
[0032] (4)將旋涂好的濕的薄膜在120°C下進(jìn)行低溫烘干5min處理，去除濕膜中的碳、氫 成分；
[0033] 將烘干過的薄膜在400°C的恒溫?zé)岜P上進(jìn)行預(yù)熱處理15分鐘；
[0034] (5)待其冷卻后，在其表面上滴3-4滴B前驅(qū)液。啟動勻膠機(jī)進(jìn)行旋涂，烘烤。
[0035] 重復(fù)上述（3)-(5)步驟，獲得一定厚度且按照A/B搭配的BiFeCV薄膜；
[0036] (6)將薄膜在空氣環(huán)境中退火，退火溫度為550°C，時(shí)間為lh，使薄膜晶化；待樣品 自然冷卻后，即可獲得BiFeCV薄膜。
[0037] (7)在BiFeCV薄膜表面上采用真空蒸鍍工藝制備Au上電極薄膜。掩膜板的直徑 為0.5_。也進(jìn)行了其他不同濃度搭配案例，其結(jié)果列入表1中。
[0038] 表1 :不同濃度前驅(qū)液制備的BiFeCV薄膜在lOOkV/cm的漏電流
[0039]
[0041] 注：ITO 為 Sn 摻雜 In2O3
[0042] 本發(fā)明將硝酸鉍、硝酸鐵溶于乙二醇甲醚和醋酸酐中，得到不同濃度的前驅(qū)液。在 基片上旋涂高（或低）濃度前驅(qū)液，烘烤、冷卻，然后再在薄膜上旋涂低（或高）濃度的 前驅(qū)液，烘烤、冷卻，重復(fù)幾次獲取所需的厚度，然后進(jìn)行高溫?zé)崽幚碇苽涑鼋Y(jié)晶態(tài)的多層 BiFeCV薄膜。在高電場下漏電流密度比單高濃度制備的BiFeO3薄膜降低了 3數(shù)量級。本 發(fā)明設(shè)備要求簡單，制備出的薄膜致密性好，能夠降低薄膜的漏電流密度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用不同濃度的前驅(qū)液制備多層BiFeO3薄膜的方法，所述方法包括： (1) 將Bi(NO3) 3 .SH2CKFe(NO3)3 .5H20溶于乙二醇甲醚和乙酸酐混合而成的混合液中， 分別配置出濃度為（I. 0-2. 0)mol/L的A前驅(qū)液和濃度為（0? 02-0.l)mol/L的B前驅(qū)液； (2) 在基片上旋涂A前驅(qū)液或B前驅(qū)液，并將其烘烤、冷卻，得到單層BiFeCV薄膜； ⑶在單層BiFeCV薄膜上再旋涂B前驅(qū)液或A前驅(qū)液，并將其烘烤、冷卻，得到雙層 BiFeCV薄膜； (4)根據(jù)厚度需要交替旋涂A前驅(qū)液或B前驅(qū)液并烘烤、冷卻，得到多層BiFeCV薄膜。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中的多層BiFeO3薄膜，其結(jié)構(gòu)為薄膜與基片接觸面 以及另一表面分別是A前驅(qū)液層和B前驅(qū)液層、B前驅(qū)液層和A前驅(qū)液層、A前驅(qū)液層和A 前驅(qū)液層或B前驅(qū)液層和B前驅(qū)液層。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中的Bi(NO3) 3 ? 5H20、Fe(NO3) 3 ? 5H20中的Bi與 Fe摩爾比為（1. 0-1. 1) : 1，混合液中的乙二醇甲醚和乙酸酐的體積比為（2. 5-3. 5) : 1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用不同濃度的前驅(qū)液制備多層BiFeO3薄膜的方法，所述方法包括：(1)將Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·5H2O溶于乙二醇甲醚和乙酸酐混合而成的混合液中，分別配置出高濃度的A前驅(qū)液和低濃度的B前驅(qū)液。(2)在基片上旋涂A前驅(qū)液或B前驅(qū)液，并將其烘烤、冷卻，得到單層BiFeO3薄膜。(3)在單層BiFeO3薄膜上再旋涂B前驅(qū)液或A前驅(qū)液，并將其烘烤、冷卻，得到雙層BiFeO3薄膜。(4)根據(jù)厚度需要交替旋涂A前驅(qū)液或B前驅(qū)液并烘烤、冷卻，得到多層BiFeO3薄膜。本發(fā)明通過高、低濃度層交替搭配來提高薄膜的致密性進(jìn)而降低薄膜的漏電流，提高薄膜的鐵電性能，而且可以保證薄膜的制備效率。
【IPC分類】C03C17/22
【公開號】CN104891821
【申請?zhí)枴緾N201510220449
【發(fā)明人】王 華, 韓冬, 許積文, 張小文, 楊玲
【申請人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月4日