CN103880078B - 一种镓酸铋铁电薄膜材料及其制备方法 - Google Patents
一种镓酸铋铁电薄膜材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种镓酸铋铁电薄膜材料及其制备方法，其薄膜材料生长在衬底材料上，镓酸铋分子式为BiGaO3，衬底为Si、LaNiO3/Si、Pt/TiO2/SiO2/Si、Pt/Ti/SiO2/Si其中之一；薄膜材料的空间群为Pcca，晶格常数为a=5.626?，b=5.081?，c=10.339?；所述的BiGaO3薄膜材料在所选择的衬底上生长得到的择优取向为（112）；制备方法是按铋∶镓为1.1∶1的摩尔比，称量硝酸镧和醋酸镧后，以乙酸为溶剂，在温度为60℃下充分搅拌后得到无色澄清溶液。接着将所得溶液置于衬底上旋涂成膜，在快速退火炉中退火，重复上述过程数次，得到所需厚度的镓酸铋薄膜材料。该材料在光伏太阳能电池和信息存储等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种铋基氧化物薄膜材料，具体地说是一种BiGaO3成分的氧化物铁电薄膜材料的制备方法。
背景技术
近来人们发现铋基铁电材料如铁酸铋（BiFeO3）、钛酸铋（Bi4Ti3O12）、铝酸铋（BiAlO3）等钙钛矿或赝钙钛矿结构的铁电氧化物具有漏电小、抗疲劳特性强、介电常数大以及对环境友好等特点而备受关注。近年来，人们对铁酸铋（BiFeO3）和钛酸铋（Bi4Ti3O12）的设计、制备、物理化学性质及在生产和生活中的应用有了普遍的认识和理解，2005年Baettig等人从理论上预言了镓酸铋（BiGaO3）同样具有优异的铁电性能，然而目前人们对镓酸铋（BiGaO3）材料的制备技术还极为缺乏，仅有报导采用高温高压固相反应法（压强在GPa量级、温度为一千多摄氏度）制备得到镓酸铋（BiGaO3）的块体材料，而这样高温、高压生产条件，显然不适合运用于微电子行业进行器件、集成电路的生产，其块体材料也无法应用于越来越微型化、集成度越来越高的微电子领域，而适用于微电子领域的镓酸铋薄膜的制备工艺尚未有报导。本发明的目的在于提供一种可在常压、温度适中的条件下得到的镓酸铋薄膜材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在常压、温度适中的条件下得到的镓酸铋薄膜材料。
本发明的另一目的在于提供一种环保、安全、操作简单的镍酸镧衬底上镓酸铋薄膜材料制备方法。
实现本发明目的具体技术方案是：
一种镓酸铋铁电薄膜材料，特点是镓酸铋铁电薄膜材料生长在衬底材料上，所述镓酸铋分子式为BiGaO3，所述的衬底为Si、LaNiO3/Si、Pt/TiO2/SiO2/Si、Pt/Ti/SiO2/Si其中之一；所述的BiGaO3薄膜材料的空间群为Pcca，晶格常数为a=5.626Å，b=5.081Å，c=10.339Å；所述的BiGaO3薄膜材料在所选择的衬底上生长得到的择优取向为（112）。
一种镓酸铋薄膜材料的制备方法，包括以下具体步骤：
a）镓酸铋溶液的配制
以乙酸为溶剂，五水硝酸铋和六水硝酸镓为溶质，按照Bi∶Ga的摩尔比为1.1∶1称量五水硝酸铋和六水硝酸镓后，以0.05～0.15M的浓度标准加入乙酸（分析纯），然后在温度为60℃下进行搅拌，搅拌至硝酸铋和硝酸镓全部溶解为止，得到无色透明溶液；
b）镓酸铋薄膜材料的制备
将步骤a）配制好的溶液滴到高速旋转的衬底上，衬底转速为3000～4000转/分，旋转25～35秒，得到原料膜；然后将原料膜置于退火炉中进行热处理，退火步骤依次为：在180～220℃下保温200秒，再在380～400℃下热解240秒，最后在600℃～700℃下退火300秒；得到镓酸铋氧化物薄膜材料。
所述衬底为Si、LaNiO3/Si、Pt/TiO2/SiO2//Si、Pt/Ti/SiO2//Si其中之一。
重复步骤b），可得到不同厚度的镓酸铋薄膜材料。
本发明的突出特点是：
（1）配置的溶液性能稳定，可长期使用。
（2）样品制备过程中不需要高温高压环境，设备简单，一般实验室设备都能达到要求。
（3）成本低，重复性好，适合大面积和大批量的样品制备。
附图说明
图1为本发明制得镍酸镧衬底上镓酸铋薄膜的X射线衍射图；
图2为本发明制得镍酸镧衬底上镓酸铋样品剖面的SEM图；
图3为本发明制得镓酸铋薄膜表面的SEM图。
具体实施方式
实施例
a、镓酸铋溶液的制备
称取2.6948g的五水硝酸铋、1.8205g的六水硝酸镓，倒入100ml烧瓶中，再加入50ml乙酸（分析纯），然后在温度为60℃下进行搅拌使之完全溶解，得到浓度为0.1M的无色透明溶液。
b、镓酸铋薄膜材料的制备
（1）将配制好的溶液滴到高速旋转的镍酸镧衬底上，衬底转速在4000转/分，旋转25秒，得到原料膜；
（2）分段退火：在200℃下保温200秒，再在400℃下热解240秒，最后在700℃下高温退火300秒；
（3）重复上述过程数6次，制得厚度为110nm的镓酸铋薄膜材料。
Claims (2)
1.一种镓酸铋铁电薄膜材料，其特征在于镓酸铋铁电薄膜材料生长在衬底材料上，所述镓酸铋分子式为BiGaO3，所述的衬底为Si、LaNiO3/Si、Pt/TiO2/SiO2/Si、Pt/Ti/SiO2/Si其中之一；所述的BiGaO3薄膜材料的空间群为Pcca，晶格常数为a=5.626Å，b=5.081Å，c=10.339Å；所述的BiGaO3薄膜材料在所选择的衬底上生长得到的择优取向为（112）。
2.一种权利要求1所述的镓酸铋铁电薄膜材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：
（a）镓酸铋溶液的配制
以乙酸为溶剂、五水硝酸铋和六水硝酸镓为溶质，按照Bi∶Ga的摩尔比为1.1∶1称量五水硝酸铋和六水硝酸镓后，以0.05～0.15M的浓度标准加入分析纯的乙酸，然后在温度为60℃下进行搅拌，搅拌至硝酸铋和硝酸镓全部溶解为止，得到无色透明溶液；
（b）镓酸铋薄膜材料的制备
将步骤a）配制好的溶液滴到高速旋转的衬底上，衬底转速为3000～4000转/分，旋转25～35秒，得到原料膜；然后将原料膜置于快速退火炉中进行热处理，退火步骤依次为：在180～220℃下保温200秒，再在380～400℃下热解240秒，最后在600℃～700℃下退火300秒；得到镓酸铋铁电薄膜材料，根据所需得到的薄膜厚度重复多次步骤（b）；所述的衬底为Si、LaNiO3/Si、Pt/TiO2/SiO2/Si、Pt/Ti/SiO2/Si其中之一。
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