CN103601247B - 一种高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜及其制备方法 Download PDF

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一种高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜及其制备方法，将硝酸铋、硝酸铁、硝酸钐、乙酸锰和硝酸铬按(1.05-x):x:0.94:0.04:0.02的摩尔比溶于混合的乙二醇甲醚中，然后加入醋酸酐，再加入乙醇胺调节黏度，得到金属离子浓度为0.003～0.3mol/L的Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；采用旋涂法将Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，然后烘干得干膜，再采用层层退火工艺得到Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3薄膜。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，大幅度提高了薄膜的剩余极化强度，并有效的降低了薄膜的漏电流密度。

Description

一种高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料领域，具体涉及一种高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜及其制备方法。
背景技术
BiFeO3作为极少数一种在室温下同时具有铁电性，铁磁性，反铁电以及反铁磁性的新型单相多铁材料。BiFeO3具有三方扭曲的简单钙钛矿结构，其铁电居里温度室温Tc=810℃，铁磁尼尔温度TN=380℃。BiFeO3薄膜在信息存储、自旋电子器件、信息存储、图像显示、热释电效应、小型化集成电子器件等方面广泛应用潜力，从而引起了人们极大的兴趣。但是，纯相BiFeO3薄膜存在着较大泄漏电流密度的问题，导致它无法获得饱和且较大剩余极化强度的电滞回线，从而限制了它的实际应用。。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜及其制备方法，该方法设备要求简单，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，较大幅度的提高薄膜的铁电性能，并有效的降低了薄膜的漏电流密度。
为了达到上述目的，本发明制备高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的方法，包括以下步骤：
1）将硝酸铋、硝酸铁、硝酸钐、乙酸锰和硝酸铬按(1.05-x):x:0.94:0.04: 0.02的摩尔比混合后溶于乙二醇甲醚中，然后加入醋酸酐，并利用乙醇胺调节黏度，搅拌均匀后得到Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，x=0.00～0.13；Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L；
2）采用旋涂法将Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，然后在220～260℃烘烤得干膜，再在550℃保温10min进行层层退火处理得到Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜。
所述的步骤1）中所加入的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为（14～5）:（4～5）:1。
所述的步骤1）中x=0.05～0.13。
所述的步骤2）中匀胶速度为3500～4000r/min，匀胶时间为15s。
所述的步骤2）中的烘烤时间为5～10min。
一种采用该方法制备的高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的化学式为Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3，x=0.00～0.13，其结构为四方结构，P4结构空间群。
x=0.11，该铁电薄膜的化学组成为Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3，在1kHz频率，1250kV/cm测试电场下的饱和极化强度为135μC/cm2，剩余极化强度为114.1μC/cm2，矫顽场为474.63kV/cm；在100kV/cm的外加电场下，Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3薄膜的漏电流密度为9.45×10-7A/cm2。
本发明的进一步改进在于：所述的步骤2）中匀胶速度为3500～4000r/min，匀胶时间为15s。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明选择镧系元素Sm进 行A位掺杂，选择Mn、Cr进行双B位掺杂，由于Sm3+半径小于Bi3+，Mn2+、Cr3+半径小于Fe3+，掺杂后，固熔进入晶格，可以使原本近似呈钙钛矿结构的铁酸铋晶格扭曲，结构畸变加剧；Mn,Cr容易变价，Mn以Mn2+和Mn3+混合态的化合价存在,Cr以Cr3+和6+混合态的化合价存在，Mn2+转变为Mn3+，以及Cr6+离子的存在，都会出现补偿电子从而拟制氧空位的产生；同时Sm-O键能远大于Bi-O键能，使得Sm-O键不易被破坏，起到稳定结构，减少薄膜内氧空位的作用，同时Sm和Mn、Cr三元共掺杂改善了薄膜表面形貌，提高薄膜的致密度，减少了薄膜的表面缺陷，较大幅度的提高了薄膜的铁电性，并有效的降低了薄膜的漏电流密度。
另外，相比其他现有方法，本发明采用Sol-Gel方法由于设备简单，反应容易进行，反应温度较低，易操作，适宜在大的表面和形状不规则的表面上制备薄膜，易实现分子水平上的均匀掺杂，以及化学组分的精确可控。
进一步，本发明中采用溶胶凝胶法制备的Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜，它是通过Sm、Mn和Cr共掺杂，在FTO基板上制备得到的，且这种铁电薄膜是Sm、Mn和Cr共掺的BiFeO3薄膜，在1kHz频率，1250kV/cm测试电场下的饱和极化强度为135μC/cm2，剩余极化强度为114.1μC/cm2，矫顽场为474.63kV/cm；在100kV/cm的外加电场下，Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度为9.45×10-7A/cm2。
附图说明
图1是本发明实施例5制备的Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的XRD图；
图2是本发明实施例5制备的Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的 XRD的里特维德精修图；
图3是本发明实施例5制备的Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的SEM图;
图4是本发明实施例5制备的Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的电滞回线图；
图5是本发明实施例5制备的Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流图。
具体实施方式
实施例1：
1）将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·5H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按1.05:0.94:0.04:0.02的摩尔比混合后溶于乙二醇甲醚中，搅拌30min，待溶解后，加入醋酸酐，然后用乙醇胺调节黏度，磁力搅拌3h后得到稳定的BiFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，所加入的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为14:5:1，BiFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L；
2）采用旋涂法将BiFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片制备薄膜，匀胶速度为3600r/min，匀胶15s，匀胶结束后，在260℃烘烤5min得干膜，然后采用层层退火处理，得到高剩余极化强度和低漏电流密度BiFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜；其中，层层退火处理中每次退火温度为550℃退火保温时间为10min。
在高剩余极化强度和低漏电流密度BiFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后300℃保温20min进行电极退火处理。 用TF2000铁电测试系统测试高剩余极化强度和低漏电流密度BiFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的铁电性能，在1kHz频率、580.33kV/cm的测试电场下测得，其饱和极化强度为106.00μC/cm2，剩余极化强度为93.58μC/cm2，矫顽场为296.37kV/cm；用安捷伦Agilent B2901A测试高剩余极化强度和低漏电流密度BiFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度，在100kV/cm的外加电场下，高剩余极化强度和低漏电流密度BiFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度为7.59×10-6A/cm2。
实施例2：
1）将Bi(NO3)3·5H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·5H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按1.00:0.05:0.96:0.04:0.02的摩尔比混合后溶于乙二醇甲醚中，搅拌30min，待溶解后，加入醋酸酐，然后用乙醇胺调节黏度，磁力搅拌3h后得到稳定的Bi0.95Sm0.05Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，所加入的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为14:5:1，Bi0.95Sm0.05Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L。
2）采用旋涂法将Bi0.95Sm0.05Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，匀胶速度为4000r/min，匀胶15s，匀胶结束后，在260℃烘烤5min得干膜，然后采用层层退火处理，得到高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.95Sm0.05Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜；其中，层层退火处理中每次退火温度为550℃退火保温时间为10min。
在高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.95Sm0.05Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后300℃保温20min进行电极退火处理。用TF2000铁电测试系统测试高剩余极化强度和低漏电流密度 Bi0.95Sm0.05Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的铁电性能，在1kHz频率、750.00kV/cm的测试电场下测得，其饱和极化强度为70.87μC/cm2，剩余极化强度为52.54μC/cm2，矫顽场为340.34kV/cm；用安捷伦Agilent B2901A测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.95Sm0.05Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度，在100kV/cm的外加电场下，Bi0.95Sm0.05Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度为1.66×10-6A/cm2。
实施例3：
1）将Bi(NO3)3·5H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·5H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按0.98:0.07:0.96:0.04:0.02的摩尔比溶于乙二醇甲醚中，搅拌30min，加入醋酸酐，然后用乙醇胺调节黏度，磁力搅拌3h后得到稳定的Bi0.93Sm0.07Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，所加入的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为14:5:1，Bi0.93Sm0.07Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L；
2）采用旋涂法将Bi0.93Sm0.07Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，匀胶速度为3500r/min，匀胶15s，匀胶结束后，在260℃烘烤5min得干膜，然后采用层层退火处理，得到高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.93Sm0.07Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜；其中，层层退火处理中每次退火温度为550℃退火保温时间为10min。
在高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.93Sm0.07Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后300℃保温20min进行电极退火处理。用TF2000铁电测试系统测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.93Sm0.07Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的铁电性能，在1kHz频率、 1000.00kV/cm的测试电场下测得，其饱和极化强度为84.32μC/cm2，剩余极化强度为63.29μC/cm2，矫顽场为467.35kV/cm；用安捷伦Agilent B2901A测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.93Sm0.07Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度，在100kV/cm的外加电场下，Bi0.93Sm0.07Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度为8.27×10-7A/cm2。
实施例4：
1）将Bi(NO3)3·5H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·5H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按0.96:0.09:0.96:0.04:0.02的摩尔比溶于乙二醇甲醚中，搅拌30min，待溶解后，加入醋酸酐，然后用乙醇胺调节黏度，磁力搅拌3h后得到稳定的Bi0.91Sm0.09Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，所加入的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为14:5:1，Bi0.91Sm0.09Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L；
2）采用旋涂法将Bi0.91Sm0.09Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在FTO/glass基片上制备薄膜，匀胶速度为4000r/min，匀胶15s，匀胶结束后，在260℃烘烤5min得干膜，然后采用层层退火处理，得到高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.91Sm0.09Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜；其中，层层退火处理中每次退火温度为550℃退火保温时间为10min。
在高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.91Sm0.09Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后300℃保温20min进行电极退火处理。用TF2000铁电测试系统测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.91Sm0.09Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的铁电性能，在1kHz频率、833.33kV/cm的测试电场下测得，其饱和极化强度为85.33μC/cm2，剩余极化强度为 62.92μC/cm2，矫顽场为354.58kV/cm；用安捷伦Agilent B2901A测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度，在100kV/cm的外加电场下，高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.91Sm0.09Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度为1.07×10-6A/cm2。
实施例5：
1）将Bi(NO3)3·5H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·5H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按0.94:0.11:0.96:0.04:0.02的摩尔比溶于乙二醇甲醚中，搅拌30min，加入醋酸酐，然后用乙醇胺调节黏度，磁力搅拌3h后得到稳定的Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，所加入的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为14:5:1，Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L；
2）采用旋涂法将Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，匀胶速度为3500r/min，匀胶15s，匀胶结束后，在260℃烘烤5min得干膜，然后再采用层层退火处理，得到高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜，其中，层层退火处理中每次退火温度为550℃退火保温时间为10min。
在高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后300℃保温20min进行电极退火处理。
用XRD测定高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的物相组成结构（如图1所示），图1与PDF20-0169标准卡片吻合，从中可知，溶胶凝胶方法制备的高剩余极化强 度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3薄膜具有扭曲钙钛矿结构，没有杂质的出现。
图2是里特维德原理XRD精修图，精修后结果显示该薄膜结构为四方结构P4空间结构群。
用FE-SEM测定高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的微观形貌（如图3所示），图3表明高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜具有致密均匀的表面结构。
用TF2000铁电测试系统测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3薄膜的铁电性能（如图4所示），图4表明高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜在在1kHz频率，1545kV/cm测试电场下的饱和极化强度为110.90μC/cm2，剩余极化强度为95.61μC/cm2，矫顽场为476.97kV/cm；；用安捷伦Agilent B2901A测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度（参见图5），图5表明在100kV/cm的外加电场下，高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度为9.45×10-7A/cm2。
实施例6：
1）将Bi(NO3)3·5H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·5H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按0.92:0.13:0.96:0.04:0.02的摩尔比溶于乙二醇甲醚中，搅拌30min，待溶解后，加入醋酸酐，然后用乙醇胺调节黏度，磁力搅拌3h后得到稳定的Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，所用的乙二醇甲醚、 醋酸酐和乙醇胺的体积比为14:5:1，Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L。
2）采用旋涂法将Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，匀胶速度为3800r/min匀胶15s，匀胶结束后，在260℃烘烤5min得干膜，然后采用层层退火处理，得到高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜；其中，层层退火处理中每次退火温度为550℃退火保温时间为10min。
在Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后300℃保温20min进行电极退火处理。用TF2000铁电测试系统测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的铁电性能，在1kHz频率、1416.00kV/cm的测试电场下测得，其饱和极化强度为81.34μC/cm2，剩余极化强度为65.00μC/cm2，矫顽场为521.08kV/cm；用安捷伦Agilent B2901A测试高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度，在100kV/cm的外加电场下，Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的漏电流密度为5.73×10-7A/cm2。
实施例7：
1）将Bi(NO3)3·5H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·5H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按0.92:0.13:0.96:0.04:0.02的摩尔比溶于乙二醇甲醚中，搅拌30min，待溶解后，加入醋酸酐，然后用乙醇胺调节黏度，磁力搅拌3h后得到稳定的Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，所用的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为10:8:2，Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L。
2）采用旋涂法将Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，匀胶速度为3800r/min匀胶15s，匀胶结束后，在220℃烘烤10min得干膜，然后采用层层退火处理，得到高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.87Sm0.13Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜；其中，层层退火处理中每次退火温度为550℃退火保温时间为10min。
实施例8：
1）将Bi(NO3)3·5H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·5H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按0.94:0.11:0.96:0.04:0.02的摩尔比溶于乙二醇甲醚中，搅拌30min，加入醋酸酐，然后用乙醇胺调节黏度，磁力搅拌3h后得到稳定的Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，所加入的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为9：7：1，Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L；
2）采用旋涂法将Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，匀胶速度为3500r/min，匀胶15s，匀胶结束后，在240℃烘烤8min得干膜，然后再采用层层退火处理，得到高剩余极化强度和低漏电流密度Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜，其中，层层退火处理中每次退火温度为550℃退火保温时间为10min。
上述实施例1-8中步骤1）制备的高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液需要静置24h，然后进行匀胶。
上述实施例1-8中所用到的表面达到原子清洁度FTO/glass基片是采用如下方法得到的：
首先，选用FTO/glass基片为基底，然后进行切割，将切割好的FTO/glass 基片依次置于上海和黄白猫有限公司生产的白猫牌洗洁精、丙酮、乙醇中超声波清洗，每次超声波清洗10min后用蒸馏水冲洗FTO/glass基片，最后用氮气吹干；
其次，将吹干后的FTO/glass基片放入60℃烘箱烘烤5min，取出静置至室温，得到烘干后的FTO/glass基片；
最后，将烘干后的FTO/glass基片置于紫外光照射仪中照射40min，即得表面达到原子清洁度FTO/glass基片。
上述实施例1-8中的层层退火处理是指：对干膜进行退火，然后在退火后的干膜上反复的进行旋涂Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液、烘烤得到干膜以及退火处理的操作。
上述实施例中的层层退火处理是指：对干膜进行退火，然后在退火后的干膜上重复的进行旋涂Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液、烘烤得到干膜以及退火处理的操作，重复次数为14次，达到所需厚度。
本发明在FTO/glass基板表面制备Sm、Mn和Cr共掺杂的Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的方法设备要求简单，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，通过掺杂量的适当选择，大幅度提高薄膜的铁电性能。
以上所述内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
目前用于制备BiFeO3薄膜的方法有很多，有化学气相沉积法(CVD)、磁 控溅射法(rf magnetron sputtering)、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)，本发明采用的溶胶-凝胶法制备Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜，与现有方法相比，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，并且可通过掺杂大幅度提高薄膜的铁电性能。

Claims (7)

1.一种制备高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将硝酸铋、硝酸铁、硝酸钐、乙酸锰和硝酸铬按(1.05-x):x:0.94:0.04:0.02的摩尔比混合后溶于乙二醇甲醚中，然后加入醋酸酐，并利用乙醇胺调节黏度，搅拌均匀后得到Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液；其中，x=0.00～0.13；Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液中金属离子浓度为0.003～0.3mol/L；
2）采用旋涂法将Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3前驱液匀胶在表面达到原子清洁度的FTO/glass基片上制备薄膜，然后在220～260℃烘烤得干膜，再在550℃保温10min进行层层退火处理得到高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的方法，其特征在于：所述的步骤1）中所加入的乙二醇甲醚、醋酸酐和乙醇胺的体积比为（14～5）:（4～5）:1。
3.根据权利要求1所述的制备高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的方法，其特征在于：所述的步骤1）中x=0.05～0.13。
4.根据权利要求1所述的溶胶-凝胶制备高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的方法，其特征在于：所述的步骤2）中匀胶速度为3500～4000r/min，匀胶时间为15s。
5.根据权利要求1所述的制备高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜的方法，其特征在于：所述的步骤2）中的烘烤时间为5～10min。
6.一种采用权利要求1～5中任意一项权利要求所述的方法制备的高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜，其特征在于：该铁电薄膜的化学式为Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3，x=0.00～0.13，其结构为四方结构，P4结构空间群。
7.根据权利要求6所述的高剩余极化强度和低漏电流密度Bi1-xSmxFe0.94Mn0.04Cr0.02O3铁电薄膜，其特征在于：x=0.11，该铁电薄膜的化学组成为Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3，在1kHz频率，1250kV/cm测试电场下的饱和极化强度为135μC/cm2，剩余极化强度为114.1μC/cm2，矫顽场为474.63kV/cm；在100kV/cm的外加电场下，Bi0.89Sm0.11Fe0.94Mn0.04Cr0.02O3薄膜的漏电流密度为9.45×10-7A/cm2。
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