CN103771528B - 一种高介电常数的Bi1-XHoXFeO3铁电薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种高介电常数的Bi1-XHoXFeO3铁电薄膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103771528B
CN103771528B CN201310717715.4A CN201310717715A CN103771528B CN 103771528 B CN103771528 B CN 103771528B CN 201310717715 A CN201310717715 A CN 201310717715A CN 103771528 B CN103771528 B CN 103771528B
Authority
CN
China
Prior art keywords
feo
film
ferroelectric membranc
preparation
precursor liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310717715.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103771528A (zh
Inventor
谈国强
耶维
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN201310717715.4A priority Critical patent/CN103771528B/zh
Publication of CN103771528A publication Critical patent/CN103771528A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103771528B publication Critical patent/CN103771528B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

一种高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜及其制备方法，x=0.04～0.12，该薄膜为扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，均匀性好，空间点群为R-3m(160)，在1kHz频率下，其介电常数为199.3～299.0。制备方法：按摩尔比为(1.05-x):1:x将硝酸铋、硝酸铁和硝酸钬溶于乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的混合液中，得前驱液；在基片上旋涂前驱液，匀胶后烘烤得干膜，再退火，得Bi1-xHoxFeO3薄膜，重复旋涂前驱液、烘烤、退火至达到所需的薄膜厚度，得高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜。本发明设备要求简单，掺杂量易控，能够大幅度提高BiFeO3薄膜的介电性能。

Description

一种高介电常数的Bi1-XHoXFeO3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，具体涉及一种高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜及其制备方法。
背景技术
作为一种典型的单相多铁材料，纯相的铁酸秘(BiFeO3)具有钙钛矿结构，是少数在室温下同时具有铁电性和反铁磁性的多铁材料之一，其铁电居里温度为850℃,反铁磁性的尼尔温度为370℃。BiFeO3薄膜作为一种典型的铁磁电材料,已经引起越来越多的研究者的关注。利用它的高介电常数和磁导率制成高电容和大电感一体化的电子元器件，用来减少高密度电路板上的器件数量，解决感性器件和容性器件的相互干扰问题。利用它的磁电效应有可能设计出用快速电极化诱导快速的磁化反转的磁光盘从而取代现有的慢速磁读写记忆材料。
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)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)等。然而，BiFeO3材料在制备的过程中容易发生铁价态的波动，从而产生较大的漏导，导致他无法获得饱和的电滞回线。BiFeO3的漏导问题主要与BiFeO3薄膜的杂相、致密度、内部缺陷等问题有关。另一方面，BiFeO3本身具有的低介电常数。这些都严重限制了BiFeO3的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高介电常数的Bi1-xHoxFeO3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，并能够大幅度提高薄膜的介电性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜，其化学式为Bi1-xHoxFeO3，x=0.04～0.12；在1kHz下，其介电常数为199.3～299.0。
其为扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)，晶胞参数a=5.5369～5.5574b=5.5369～5.5574c=13.7625～13.8239晶粒尺寸大小为80～140nm。
包括Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜、Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜、Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜和Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜；并且1kHz～1MHz频率下，Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜的介电常数为184.5～199.3，Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜的介电常数为212.7～257.1，Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜的介电常数为200.7～287.5，Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜的介电常数为222.8～299.0。
高剩余极化强度的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按摩尔比为(1.05-x):1:x将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ho(NO3)3·6H2O溶于由乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的混合液中，搅拌均匀，得到前驱液；其中，前驱液中总的金属离子浓度为0.003～0.3mol/L，x=0.04～0.12；
步骤2：将前驱液旋涂在FTO/glass基片上制备湿膜，湿膜经匀胶后在180～200℃下烘烤得干膜，再在500～580℃退火，得到Bi1-xHoxFeO3薄膜；
步骤3：待Bi1-xHoxFeO3薄膜冷却后，再在Bi1-xHoxFeO3薄膜上重复步骤2，使Bi1-xHoxFeO3薄膜达到所需厚度，即得到高介电常数的Bi1-xHoxFeO3薄膜。
所述的步骤1中混合液中乙二醇甲醚和醋酸酐的体积比为(2.5～3.5):1。
所述的步骤1中x=0.04、0.08、0.10或0.12。
所述的步骤2中先将FTO/glass基片清洗、烘干，然后在紫外光下照射处理，使FTO/glass基片表面达到原子清洁度，最后再旋涂前驱液。
所述的步骤2中匀胶时的匀胶速率为3800～4100r/min，匀胶时间为12～20s。
所述的步骤2中匀胶后的烘烤时间为8～12min。
所述的步骤2中退火时间为10～15min。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的制备方法，采用溶胶凝胶法，通过A位Ho掺杂，在FTO/glass基片表面制备高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜。该方法选择镧系元素Ho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Ho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，能够使高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的绝缘性有效增强，减小漏导，从而使得其介电常数增大。而且掺杂后的薄膜结构为扭曲的钙钛矿结构、菱形晶系、空间点群为R-3m(160)。相比其他方法，本发明采用的溶胶凝胶法设备要求简单，不需要昂贵的真空设备，实验条件容易达到，反应容易进行，反应温度较低，适宜在大的表面和形状不规则的表面上制备薄膜，易于操作和掺杂改性，可以有效地控制薄膜的组分和结构，薄膜化学成分精确可控，掺杂量容易控制，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，易于实现分子水平上的均匀掺杂。
本发明制得的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3薄膜（x=0.04～0.12）扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)，晶胞参数a=5.5369～5.5574 b=5.5369～5.5574c=13.7625～13.8239晶粒尺寸大小为80～140nm，均匀性好，在1kHz下，其介电常数为199.3～299.0，大幅度提高了BiFeO3薄膜的介电性能。
附图说明
图1是本发明制备的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的XRD谱图；
图2是本发明制备的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3薄膜的SEM图；其中（a）为纯相BiFeO3薄膜的SEM图，（b）～（e）分别为实施例1～实施例4制备的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的SEM图，（f）为实施例3的Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜的断面SEM图；
图3是本发明制备的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的介电常数图。
具体实施方式
对比例
步骤1：选用FTO/glass基片为基底，将切割好的FTO/glass基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中超声波清洗，每次超声波清洗10min后用大量蒸馏水冲洗基片，最后用氮气吹干。再将FTO/glass基片放入70℃烘箱烘烤5min，取出静置至室温。最后将洁净的FTO/glass基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。
步骤2：按摩尔比为1.05:1（即x=0）将Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶于混合液中，磁力搅拌2.5h后得到均匀、稳定的前驱液，其中混合液是由体积比为3:1的乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的，前驱液中总的金属离子浓度为0.3mol/L。
步骤3：采用旋涂法在经步骤1处理后的FTO/glass基片上旋涂前驱液制备 湿膜，以4000r/min的匀胶速度匀胶20s，匀胶结束后，在200℃下烘烤10min得干膜，然后再在550℃下快速退火10min，得到BiFeO3薄膜。
步骤4：待BiFeO3薄膜冷却后，再在BiFeO3薄膜上重复步骤2，使BiFeO3薄膜达到所需厚度，即得到BiFeO3铁电薄膜。
在BiFeO3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后在280℃保温25min进行电极退火处理，使电极和基片完全接触。采用XRD测定BiFeO3铁电薄膜的物相组成结构，如图1所示，BiFeO3铁电薄膜属于扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)，BiFeO3铁电薄膜的晶胞参数a=5.5545b=5.5545c=13.8306用FE-SEM测定BiFeO3铁电薄膜的微观形貌，由图2（a）可知其晶粒尺寸为150～200nm，薄膜厚度为500nm。用Agilent E4980A精密LCR测试仪测试BiFeO3铁电薄膜的介电性能，由图3可以看出，在1kHz～1MHz频率下其介电常数为172.6～193.4。
实施例1
步骤1：选用FTO/glass基片为基底，将切割好的FTO/glass基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中超声波清洗，每次超声波清洗10min后用大量蒸馏水冲洗基片，最后用氮气吹干。再将FTO/glass基片放入70℃烘箱烘烤5min，取出静置至室温。最后将洁净的FTO/glass基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。
步骤2：按摩尔比为1.01:1:0.04（即x=0.04）将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ho(NO3)3·6H2O溶于混合液中，磁力搅拌2.5h后得到均匀、稳定的前驱液，其中混合液是由体积比为3:1的乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的，前驱液中总的金属离子浓度为0.3mol/L。
步骤3：采用旋涂法在经步骤1处理后的FTO/glass基片上旋涂前驱液制备湿膜，以4000r/min的匀胶速度匀胶20s，匀胶结束后，在200℃下烘烤10min得干膜，然后再在550℃下快速退火10min，得到Bi0.96Ho0.04FeO3薄膜。
步骤4：待Bi0.96Ho0.04FeO3薄膜冷却后，再在Bi0.96Ho0.04FeO3薄膜上重复步骤2，使Bi0.96Ho0.04FeO3薄膜达到所需厚度，即得到高介电常数的Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜。
在高介电常数的Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后在280℃保温25min进行电极退火处理，使电极和基片完全接触。采用XRD测定高介电常数的Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜的物相组成结构，如图1所示，高介电常数的Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜属于扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)，高介电常数的Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜的晶胞参数a=5.5531b=5.5531c=13.7762用FE-SEM测定Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜的微观形貌，由图2（b）可知其晶粒尺寸为120～140nm，薄膜厚度为550nm。用Agilent E4980A精密LCR测试仪测试高介电常数的Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜的介电性能，由图3可以看出，在1kHz～1MHz频率下其介电常数为184.5～199.3。
实施例2
步骤1：选用FTO/glass基片为基底，将切割好的FTO/glass基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中超声波清洗，每次超声波清洗10min后用大量蒸馏水冲洗基片，最后用氮气吹干。再将FTO/glass基片放入70℃烘箱烘烤5min，取出静置至室温。最后将洁净的FTO/glass基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。
步骤2：按摩尔比为0.97:1:0.08（即x=0.08）将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O 和Ho(NO3)3·6H2O溶于混合液中，磁力搅拌2.5h后得到均匀、稳定的前驱液，其中混合液是由体积比为3:1的乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的，前驱液中总的金属离子浓度为0.3mol/L。
步骤3：采用旋涂法在经步骤1处理后的FTO/glass基片上旋涂前驱液制备湿膜，以4000r/min的匀胶速度匀胶20s，匀胶结束后，在200℃下烘烤10min得干膜，然后再在550℃下快速退火10min，得到Bi0.92Ho0.08FeO3薄膜。
步骤4：待Bi0.92Ho0.08FeO3薄膜冷却后，再在Bi0.92Ho0.08FeO3薄膜上重复步骤2，使Bi0.92Ho0.08FeO3薄膜达到所需厚度，即得到高介电常数的Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜。
在高介电常数的Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后在280℃保温25min进行电极退火处理，使电极和基片完全接触。采用XRD测定高介电常数的Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜的物相组成结构，如图1所示，高介电常数的Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜属于扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)，高介电常数的Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜的晶胞参数a=5.5574b=5.5574c=13.7625用FE-SEM测定Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜的微观形貌，由图2（c）可知其晶粒尺寸为100～120nm，薄膜厚度为580nm。用Agilent E4980A精密LCR测试仪测试高介电常数的Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜的介电性能，由图3可以看出，在1kHz～1MHz频率下其介电常数为212.7～257.1。
实施例3
步骤1：选用FTO/glass基片为基底，将切割好的FTO/glass基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中超声波清洗，每次超声波清洗10min后用大量蒸馏水冲洗基片，最后用氮气吹干。再将FTO/glass基片放入70℃烘箱烘烤5min，取出 静置至室温。最后将洁净的FTO/glass基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。
步骤2：按摩尔比为0.95:1:0.10（即x=0.10）将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ho(NO3)3·6H2O溶于混合液中，磁力搅拌2.5h后得到均匀、稳定的前驱液，其中混合液是由体积比为3:1的乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的，前驱液中总的金属离子浓度为0.3mol/L。
步骤3：采用旋涂法在经步骤1处理后的FTO/glass基片上旋涂前驱液制备湿膜，以4000r/min的匀胶速度匀胶20s，匀胶结束后，在200℃下烘烤10min得干膜，然后再在550℃下快速退火10min，得到Bi0.90Ho0.10FeO3薄膜。
步骤4：待Bi0.90Ho0.10FeO3薄膜冷却后，再在Bi0.90Ho0.10FeO3薄膜上重复步骤2，使Bi0.90Ho0.10FeO3薄膜达到所需厚度，即得到高介电常数的Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜。
在高介电常数的Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后在280℃保温25min进行电极退火处理，使电极和基片完全接触。采用XRD测定高介电常数的Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜的物相组成结构，如图1所示，高介电常数的Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜属于扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)。高介电常数的Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜的晶胞参数a=5.5369b=5.5369c=13.7965用FE-SEM测定Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜的微观形貌，由图2（d）可知其晶粒尺寸为80～100nm，薄膜厚度为590nm。用Agilent E4980A精密LCR测试仪测试高介电常数的Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜的介电性能，由图3可以看出，在1kHz～1MHz频率下其介电常数为200.7～287.5。
实施例4
步骤1：选用FTO/glass基片为基底，将切割好的FTO/glass基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中超声波清洗，每次超声波清洗10min后用大量蒸馏水冲洗基片，最后用氮气吹干。再将FTO/glass基片放入70℃烘箱烘烤5min，取出静置至室温。最后将洁净的FTO/glass基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。
步骤2：按摩尔比为0.93:1:0.12（即x=0.12）将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ho(NO3)3·6H2O溶于混合液中，磁力搅拌2.5h后得到均匀、稳定的前驱液，其中混合液是由体积比为3:1的乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的，前驱液中总的金属离子浓度为0.3mol/L。
步骤3：采用旋涂法在经步骤1处理后的FTO/glass基片上旋涂前驱液制备湿膜，以4000r/min的匀胶速度匀胶20s，匀胶结束后，在200℃下烘烤10min得干膜，然后再在550℃下快速退火10min，得到Bi0.88Ho0.12FeO3薄膜。
步骤4：待Bi0.88Ho0.12FeO3薄膜冷却后，再在Bi0.88Ho0.12FeO3薄膜上重复步骤2，使Bi0.88Ho0.12FeO3薄膜达到所需厚度，即得到高介电常数的Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜。
在高介电常数的Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜表面离子溅射制备0.502mm2的Au电极，然后在280℃保温25min进行电极退火处理，使电极和基片完全接触。采用XRD测定高介电常数的Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜的物相组成结构，如图1所示，高介电常数的Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜属于扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)。高介电常数的Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜的晶胞参数a=5.5463b=5.5463c=13.8239用FE-SEM测定Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜的微观形貌，由图2（e）可知其晶粒尺寸为80～100nm，薄膜厚度为590nm。用 Agilent E4980A精密LCR测试仪测试高介电常数的Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜的介电性能，由图3可以看出，在1kHz～1MHz频率下其介电常数为222.8～299.0。
图1是不同Ho3+掺杂量下制备的Bi1-xHoxFeO3薄膜的XRD图谱，图1中纵坐标的单位a.u.表示其为任意单位，横坐标2θ为衍射角度。从图1中可以看出掺杂后的Bi1-xHoxFeO3薄膜的衍射峰比未掺杂的BiFeO3薄膜的衍射峰强度小，这说明Ho3+的掺杂对薄膜的晶体结构有很大影响。
实施例5
步骤1：选用FTO/glass基片为基底，将切割好的FTO/glass基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中超声波清洗，每次超声波清洗10min后用大量蒸馏水冲洗基片，最后用氮气吹干。再将FTO/glass基片放入70℃烘箱烘烤5min，取出静置至室温。最后将洁净的FTO/glass基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。
步骤2：按摩尔比为0.99:1:0.06（即x=0.06）将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ho(NO3)3·6H2O溶于混合液中，磁力搅拌2.5h后得到均匀、稳定的前驱液，其中混合液是由体积比为3.5:1的乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的，前驱液中总的金属离子浓度为0.003mol/L。
步骤3：采用旋涂法在经步骤1处理后的FTO/glass基片上旋涂前驱液制备湿膜，以3800r/min的匀胶速度匀胶15s，匀胶结束后，在180℃下烘烤8min得干膜，然后再在500℃下快速退火15min，得到Bi0.94Ho0.06FeO3薄膜。
步骤4：待Bi0.94Ho0.06FeO3薄膜冷却后，再在Bi0.94Ho0.06FeO3薄膜上重复步骤2，使Bi0.94Ho0.06FeO3薄膜达到所需厚度，即得到高介电常数的Bi0.94Ho0.06FeO3铁电薄膜。
实施例6
步骤1：选用FTO/glass基片为基底，将切割好的FTO/glass基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中超声波清洗，每次超声波清洗10min后用大量蒸馏水冲洗基片，最后用氮气吹干。再将FTO/glass基片放入70℃烘箱烘烤5min，取出静置至室温。最后将洁净的FTO/glass基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。
步骤2：按摩尔比为0.96:1:0.09（即x=0.09）将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ho(NO3)3·6H2O溶于混合液中，磁力搅拌2.5h后得到均匀、稳定的前驱液，其中混合液是由体积比为2.5:1的乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的，前驱液中总的金属离子浓度为0.1mol/L。
步骤3：采用旋涂法在经步骤1处理后的FTO/glass基片上旋涂前驱液制备湿膜，以4100r/min的匀胶速度匀胶12s，匀胶结束后，在190℃下烘烤12min得干膜，然后再在580℃下快速退火12min，得到Bi0.91Ho0.09FeO3薄膜。
步骤4：待Bi0.91Ho0.09FeO3薄膜冷却后，再在Bi0.91Ho0.09FeO3薄膜上重复步骤2，使Bi0.91Ho0.09FeO3薄膜达到所需厚度，即得到高介电常数的Bi0.91Ho0.09FeO3铁电薄膜。
上述实施例1-6在步骤1配制前驱液的过程中，硝酸铋（Bi(NO3)3·5H2O）、硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）和硝酸钬（Ho(NO3)3·6H2O）的理论摩尔比为(1-x):1:x，x=0.04～0.12；但是由于在步骤2进行退火的过程中，Bi3+会有部分的挥发损失，因此，本发明在步骤1配制前驱液的过程中，硝酸铋、硝酸铁和硝酸钬是按照(1.05-x):1:x的摩尔比进行混合配制的，即采用加入过量的铋离子的方法来补偿退火过程中Bi3+的挥发，且x=0.04～0.12。
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。

Claims (7)

1.一种高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按摩尔比为(1.05-x):1:x将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ho(NO3)3·6H2O溶于由乙二醇甲醚和醋酸酐混合而成的混合液中，搅拌均匀，得到前驱液；其中，前驱液中总的金属离子浓度为0.003～0.3mol/L，x＝0.04～0.12；
步骤2：将前驱液旋涂在FTO/glass基片上制备湿膜，湿膜经匀胶后在180～200℃下烘烤8～12min得干膜，再在500～580℃退火10～15min，得到Bi1-xHoxFeO3薄膜；
步骤3：待Bi1-xHoxFeO3薄膜冷却后，再在Bi1-xHoxFeO3薄膜上重复步骤2，使Bi1-xHoxFeO3薄膜达到所需厚度，即得到高介电常数的Bi1-xHoxFeO3薄膜。
2.根据权利要求1所述的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中混合液中乙二醇甲醚和醋酸酐的体积比为(2.5～3.5):1。
3.根据权利要求1或2所述的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中x＝0.04、0.08、0.10或0.12。
4.根据权利要求1所述的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中先将FTO/glass基片清洗、烘干，然后在紫外光下照射处理，使FTO/glass基片表面达到原子清洁度，最后再旋涂前驱液。
5.根据权利要求1或4所述的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中匀胶时的匀胶速率为3800～4100r/min，匀胶时间为12～20s。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜的制备方法制得的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜，其特征在于：其化学式为Bi1-xHoxFeO3，x＝0.04～0.12；其为扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)，晶胞参数 晶粒尺寸大小为80～140nm；在1kHz下，其介电常数为199.3～299.0。
7.根据权利要求6所述的高介电常数的Bi1-xHoxFeO3铁电薄膜，其特征在于：包括Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜、Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜、Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜和Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜；并且1kHz～1MHz频率下，Bi0.96Ho0.04FeO3铁电薄膜的介电常数为184.5～199.3，Bi0.92Ho0.08FeO3铁电薄膜的介电常数为212.7～257.1，Bi0.90Ho0.10FeO3铁电薄膜的介电常数为200.7～287.5，Bi0.88Ho0.12FeO3铁电薄膜的介电常数为222.8～299.0。
CN201310717715.4A 2013-12-20 2013-12-20 一种高介电常数的Bi1-XHoXFeO3铁电薄膜及其制备方法 Active CN103771528B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310717715.4A CN103771528B (zh) 2013-12-20 2013-12-20 一种高介电常数的Bi1-XHoXFeO3铁电薄膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310717715.4A CN103771528B (zh) 2013-12-20 2013-12-20 一种高介电常数的Bi1-XHoXFeO3铁电薄膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103771528A CN103771528A (zh) 2014-05-07
CN103771528B true CN103771528B (zh) 2015-08-12

Family

ID=50564366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310717715.4A Active CN103771528B (zh) 2013-12-20 2013-12-20 一种高介电常数的Bi1-XHoXFeO3铁电薄膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103771528B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105845436A (zh) * 2016-03-31 2016-08-10 陕西科技大学 一种SrFeO2.5磁性薄膜及其制备方法
CN105895718B (zh) * 2016-06-22 2017-08-08 内蒙古大学 铁电薄膜光伏效应调控方法、铁电薄膜和太阳能光伏电池
CN110591709B (zh) * 2019-09-12 2022-09-30 天津大学 一种稀土离子共掺铁酸铋上转换纳米颗粒及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442702A (zh) * 2011-09-26 2012-05-09 北京化工大学 一种钬掺杂铁酸铋多铁材料及其制备方法
CN102583569A (zh) * 2012-02-16 2012-07-18 陕西科技大学 一种液相自组装技术制备具有介电性能的铁酸铋薄膜的方法
CN102633443A (zh) * 2012-02-27 2012-08-15 陕西科技大学 一种在导电玻璃基板表面制备Tb掺杂BiFeO3铁电薄膜的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7585474B2 (en) * 2005-10-13 2009-09-08 The Research Foundation Of State University Of New York Ternary oxide nanostructures and methods of making same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442702A (zh) * 2011-09-26 2012-05-09 北京化工大学 一种钬掺杂铁酸铋多铁材料及其制备方法
CN102583569A (zh) * 2012-02-16 2012-07-18 陕西科技大学 一种液相自组装技术制备具有介电性能的铁酸铋薄膜的方法
CN102633443A (zh) * 2012-02-27 2012-08-15 陕西科技大学 一种在导电玻璃基板表面制备Tb掺杂BiFeO3铁电薄膜的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ho掺杂BiFeO3陶瓷的制备及介电性能;常方高;《硅酸盐学报》;20100630;第38卷(第6期);正文第1002-1004页摘要、第2.2节和图2 *
铁酸铋薄膜sol-gel方法的制备、掺杂及电性能研究;程蒙;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20120915(第9期);正文第43、46页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103771528A (zh) 2014-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102534588B (zh) 在FTO/glass 基板表面制备Nd 和Co 共掺的BiFeO3 薄膜的方法
CN105271798B (zh) 一种高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1‑xCoxO3薄膜及其制备方法
CN103058646B (zh) 溶胶凝胶法制备Tb和Cr共掺杂的高剩余极化强度的BiFeO3薄膜的方法
CN103708562B (zh) 一种高剩余极化强度的Bi0.90Ho0.10Fe1-xMnxO3铁电薄膜及其制备方法
CN103723770B (zh) 一种高介电常数的Bi0.92Ho0.08Fe1-XMnXO3 铁电薄膜及其制备方法
CN102633443A (zh) 一种在导电玻璃基板表面制备Tb掺杂BiFeO3铁电薄膜的方法
CN103121836B (zh) 一种溶胶-凝胶法制备BiFe1-xCrxO3铁电薄膜的方法
CN103771528B (zh) 一种高介电常数的Bi1-XHoXFeO3铁电薄膜及其制备方法
CN102531405A (zh) FTO/glass 基板表面Sm 掺杂BiFeO3铁电薄膜的制备方法
CN103771527B (zh) 一种低矫顽场的Bi0.92Dy0.08Fe1-xMnxO3铁电薄膜及其制备方法
CN103060887B (zh) 溶胶凝胶法制备(110)晶面择优生长的高剩余极化强度的BiFeO3薄膜的方法
CN104478229B (zh) 一种Bi1-xRExFe0.96Co0.02Mn0.02O3 铁电薄膜及其制备方法
CN104478228B (zh) 一种Bi0.85‑xPr0.15AExFe0.97Mn0.03O3 铁电薄膜及其制备方法
CN105906221B (zh) 一种多铁性Bi0.83Pr0.15Sr0.02Fe0.97-xMn0.03CuxO3-CuFe2O4复合膜及其制备方法
CN104478236A (zh) 一种Bi0.92Ho0.08Fe0.97Mn0.03O3-Zn1-xNixFe2O4 多铁性复合膜及其制备方法
CN103739019B (zh) 一种高剩余极化强度的BiFe1-xMnxO3铁电薄膜及其制备方法
CN103601247B (zh) 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
CN103601249B (zh) 一种高剩余极化强度和高介电常数BiFe0.96-yMn0.04CryO3 铁电薄膜及其制备方法
CN103663564B (zh) 一种高介电常数的Bi0.90Dy0.10Fe1-XMnXO3铁电薄膜及其制备方法
CN103723771B (zh) 一种高介电常数的Bi1-xDyxFeO3薄膜及其制备方法
CN104478230A (zh) 一种多铁性Bi0.92-xHo0.08AExFe0.97Mn0.03O3 薄膜及其制备方法
CN103626236B (zh) 一种B位Mn和Ni共掺杂高剩余极化强度的BiFeO3 薄膜及其制备方法
CN103693694B (zh) 一种Bi1-xDyxFeO3低漏电流薄膜及其制备方法
CN105859273A (zh) 一种2-2型BiFeO3-CuFe2O4复合薄膜及其制备方法
CN107082579A (zh) 一种HoSrMnZn共掺铁酸铋多铁薄膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant