CN114134461B - 一种具有网状结构的钨铋酸薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有网状结构的Bi2WO6薄膜，该Bi2WO6薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线，纵向纳米线和所述横向纳米线相互交错、相互层叠，从而形成网状结构。本发明还公开了一种上述Bi2WO6薄膜的制备方法，该制备方法操作简单，实验周期短。相对于传统意义上二维平面型Bi2WO6薄膜来说，本发明的具有网状结构的Bi2WO6薄膜表现出新奇物性，有望实现功能材料的提质增效。
Description
技术领域
本发明涉及材料结构及合成技术领域，尤其涉及一种具有网状结构的钨铋酸薄膜、钨铋酸-铁铬酸铋纳米异质结薄膜及其制备方法。
背景技术
铁电氧化物具有自发极化、压电效应、热释电效应、光电效应等特征，能够使多种外场对电性能的控制以及反过来电场对应力、热、光性能的控制成为可能，因此在太阳能电池、光伏存储器、光电探测器、自旋光电子器件等领域里具有潜在的应用前景。
铁电薄膜应用在能源转换器件领域具有两个明显优势：1)材料因其自发极化可形成内建电场，可实现材料内部电子空穴的快速分离；2)材料具有多外场调控功能，可实现器件内光电流的有效调控。特别是禁带宽度较小的铁电薄膜，既能吸光产生电子空穴对，又能利用内建电场促使电荷分离和电荷向材料表面转移，已成为当前材料科学、能源环境、凝聚态物理领域研究的热点。
铋系层状钙钛矿氧化物是一类具有优异光催化性能的铁电材料，其中钨酸铋(Bi2WO6)是最简单的一个家族成员,其结构由(Bi2O2)2+层和(WO4)2-钙钛矿层堆垛而成。该种材料具有较窄的禁带宽度和优异的铁电性能，表现出突出的可见光催化分解水和降解有机污染物的高效催化性能，并且通过化学掺杂或者组分变化可以实现禁带宽度的规律性调制。
目前关于Bi2WO6材料的研究主要集中在陶瓷和纳米结构领域，而未来为满足其多功能器件实际应用的需求，更需要着重研究这种材料的低维薄膜特性。
功能化的Bi2WO6铁电薄膜，通常采用激光脉冲沉积法、化学液相旋涂法、水热合成法、磁控溅射沉积法等手段制备。其制备出的薄膜结构大都是平面型薄膜。
由于Bi2WO6层状材料原子结构复杂，常用的化学气相沉积法和磁控溅射沉积法，只能制备多晶薄膜，几乎不可能制备出外延取向单晶薄膜，而脉冲激光沉积法或原子层沉积法能够实现高质量的外延薄膜制备，但通常制备条件苛刻。脉冲激光沉积系统是目前最常用的外延薄膜制备仪器，主要制备的薄膜是高质量的平面薄膜，所形成的Bi2WO6材料基异质结也主要为平面型异质结。
尽管这样的薄膜结构是铁电、压电器件所需的理想结构，因为其能够显示出优异性能的铁电、压电性能，也是目前最常见的薄膜形态，但是平面型薄膜也有明显的不足：
1)其薄膜厚度对光电性能影响很大，且薄膜内部会存在大量缺陷，这些缺陷又是载流子的复合中心，进而阻碍内建电场对电子空穴的有效转移；
2)对于Bi2WO6基平面型异质结来说，其耦合特性仅存在于两种材料的界面，极大限制了铁电薄膜新奇物性的出现。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种具有网状结构的钨铋酸(Bi2WO6)纳米线薄膜及其制备方法，并以这种薄膜为基础，原位生长出网状钨铋酸-铁铬酸铋(Bi2WO6-Bi2FeCrO6)纳米异质结薄膜。该制备方法具有普适性，操作工艺简单，价格低廉，利于规模化器件工程应用。所制备的钨铋酸薄膜及钨铋酸-铁铬酸铋纳米异质结薄膜表现出突出的光电性能，具有潜在的铁电光伏器件或铁电探测或铁电调控等器件应用前景。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明一方面提供了一种具有网状结构的Bi2WO6薄膜，所述Bi2WO6薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线，所述纵向纳米线和所述横向纳米线形状相同，并相互交错、相互层叠，从而形成所述网状结构。
本发明还提供了一种上述具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对衬底进行抛光处理和等离子清洗；
(2)采用Bi2WO6陶瓷靶材，通过脉冲激光沉积系统在清洗好的所述衬底上生长所述Bi2WO6薄膜。
作为本发明的进一步改进，所述衬底为特定的商业衬底，所述衬底为钛酸锶(SrTiO3)<100>、铝酸镧(LaAlO3)<100>、铝酸锶钽镧[(LaAlO3)0.3(Sr2AlTaO6)0.7衬底，缩写LSAT)<100>或0.7wt％铌掺杂的钛酸锶(0.7wt％Nb:SrTiO3)<100>。优先选用SrTiO3或0.7wt％Nb:SrTiO3，常见的商业硅片、云母、氧化镁等衬底不适用于本发明。
抛光处理和等离子清洗后的衬底粗糙度小于5埃，清洁度(在超净间工作室中操作)为1000级。
作为本发明的进一步改进，在所述脉冲激光沉积系统中，激光器为KrF准分子激光器，激光波长248nm，通过设定所述激光器的参数，使得所述靶材表面的激光能量密度为1J/cm2。
作为本发明的进一步改进，所述制备方法还包括，在生长所述Bi2WO6薄膜前，先设定所述Bi2WO6薄膜的生长条件，即调整所述靶材的表面与所述脉冲激光沉积系统中加热器的表面之间的距离为50mm，并设定所述加热器的温度和所述Bi2WO6薄膜的生长环境的氧压。
作为本发明的进一步改进，所述加热器的温度设定为为580-650℃，优选600-625℃。
作为本发明的进一步改进，所述氧压设定为10-20Pa，优选14-16Pa。
作为本发明的进一步改进，所述制备方法还包括，待所述生长条件稳定后，将激光脉冲频率设定为2-10Hz，优选2-3Hz,并设定脉冲激光数量，以改变所述Bi2WO6薄膜的厚度。因为薄膜的厚度由沉积时间决定，而沉积时间由激光脉冲数量和频率决定。
本发明的另一方面提供了一种Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜，所述Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜通过脉冲激光沉积系统，以Bi2FeCrO6为靶材，在具有网状结构的Bi2WO6薄膜上生长而成；其中，所述Bi2WO6薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线，所述纵向纳米线和所述横向纳米线形状相同，并相互交错、相互层叠，从而形成所述网状结构。
本发明还提供了上述Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一、具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备：
对衬底进行抛光处理和等离子清洗，采用Bi2WO6陶瓷靶材，通过脉冲激光沉积系统在清洗好的所述衬底上生长所述Bi2WO6薄膜。
步骤二、Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜的制备：
采用Bi2FeCrO6靶材，通过脉冲激光沉积系统在所述Bi2WO6薄膜上原位生长Bi2FeCrO6纳米颗粒，得到所述Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤一中，所述衬底为SrTiO3<100>、LaAlO3<100>、LSAT<100>或0.7wt％Nb:SrTiO3<100>。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤一和所述步骤二中，所述脉冲激光沉积系统的激光器的激光波长248nm，使得所述Bi2WO6陶瓷靶材和所述Bi2FeCrO6靶材表面的激光能量密度为1J/cm2。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一还包括，在生长所述Bi2WO6薄膜前，先设定所述Bi2WO6薄膜的生长条件，即调整所述靶材的表面与所述脉冲激光沉积系统中加热器的表面之间的距离为50mm，并将所述加热器的温度设定为580-650℃，优选为600-625℃。所述Bi2WO6薄膜的生长环境的氧压设定为10-20Pa，优选为14-16Pa。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤一还包括，待所述Bi2WO6薄膜的生长条件稳定后，将激光脉冲频率设定为2-10Hz，并设定脉冲激光数量，以改变所述Bi2WO6薄膜的厚度。优选地，将激光脉冲频率设定为2-3Hz。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤二还包括，在生长所述Bi2FeCrO6纳米颗粒前，先设定所述Bi2FeCrO6纳米颗粒的生长条件，即将脉冲激光沉积系统中加热器的温度设定为600-700℃，所述Bi2FeCrO6纳米颗粒的生长环境的氧压设定为1-5Pa。
作为本发明的进一步改进，所述加热器的温度设定为660-670℃。
作为本发明的进一步改进，所述Bi2FeCrO6纳米颗粒的生长环境的氧压设定为2Pa左右。
作为本发明的进一步改进，所述步骤二还包括，待所述Bi2FeCrO6纳米颗粒的生长条件稳定后，将激光脉冲频率设定为2-10Hz，并设定脉冲激光数量，以改变所得到的Bi2FeCrO6纳米颗粒的大小。
作为本发明的进一步改进，所述激光脉冲频率设定为2-3Hz。
在本发明中，在具有网状结构的Bi2WO6薄膜上生长的Bi2FeCrO6纳米颗粒，长时间沉积后，整体形成薄膜，并在薄膜内部形成Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的具有规则网状纳米线结构的Bi2WO6薄膜，其制备方法操作简单，实验周期短。相对于传统意义上二维平面型Bi2WO6薄膜来说，表现出新奇物性，有望实现功能材料的提质增效。
(2)本发明提供了一种制备纳米线异质结薄膜或者“1-3”型(即一种材料的1维纳米线贯穿在另一种材料的三维结构内)异质结薄膜的思路。通过利用规则网状纳米线结构的Bi2WO6薄膜为基板，可在纳米线上原位生长另外一种材料，并能通过生长时间的控制，实现纳米线上异质结薄膜或者“1-3”型异质结薄膜的制备。该方法具有普适性。特别是基于这种网状纳米结构制备铁电材料-光伏材料型异质结薄膜，原理上可以利用光伏材料吸光产生载流子，然后利用铁电材料的自发极化快速实现载流子向电极两端迁移，这将有效解决体相中载流子仅靠跳跃很难实现快速迁移的科学问题，可潜在应用于薄膜太阳能电池、能源催化领域，服务于国家“碳达峰、碳中和”战略目标任务。
(3)一般薄膜制备方法和思路，仅限制于平整的二维平面型单晶或多晶薄膜，本发明独辟蹊径，充分利用了激光脉冲沉积系统的独特优势，通过控制特定的生长环境，才能够在特定的衬底上实现特殊的、规则的、大面积的网状纳米线铁电薄膜，并以该结构为基板，可实现多样化的异质结薄膜，如点状纳米线异质结、1-3型异质结、填充型异质结等，极大拓展了功能材料或复合材料的研究新领域。
(4)本发明通过电极/钨酸铋-铁铬酸铋网状纳米线异质结薄膜/电极器件结构设计出0.7wt％Nb:SrTiO3/Bi2WO6-Bi2FeCrO6异质结薄膜/ITO实物器件，通过控制沉积时间，分别得到点状纳米线Bi2WO6-Bi2FeCrO6异质结薄膜和“1-3”型Bi2WO6-Bi2FeCrO6异质结薄膜。性能表征结果显示，这种类型的异质结器件表现出极大的光电响应及极化调制光电流行为；其特定的“On-Off”瞬态开关测试结果显示出该种类型器件，能表现出敏锐的光电调控功能，因而具有潜在的铁电光伏器件应用前景。
附图说明
图1为本发明的实施例所采用的脉冲激光沉积系统中真空腔10内的结构示意图；
图2为本发明的一个较佳实施例在SrTiO3衬底上生长的具有网状结构的Bi2WO6薄膜的扫描电子显微镜图和原子力显微镜图；
图3为本发明的实施例中SrTiO3衬底上生长的具有网状结构的Bi2WO6薄膜和Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜的薄膜结构的原子力显微图；
图4为本发明的实施例1在SrTiO3衬底上不同的加热条件下生长的Bi2WO6薄膜的表面形貌图；
图5为本发明的实施例1在SrTiO3衬底上不同氧压条件下生长的Bi2WO6薄膜的表面形貌图；
图6为本发明的实施例1分别在LaAlO3，LSAT和Pt/Ti/SiO2/Si衬底上生长的Bi2WO6薄膜的表面形貌图；
图7为本发明的实施例1分别在SrTiO3,LaAlO3，LSAT和Pt/Ti/SiO2/Si衬底上生长的Bi2WO6薄膜的XRD物相图；
图8为本发明的实施例2制备的光电器件0.7wt％Nb:SrTiO3/Bi2WO6-Bi2FeCrO6/ITO在暗态、光照、预极化下的光电流曲线及电阻值变化曲线；
图9为本发明的实施例2制备的光电器件0.7wt％Nb:SrTiO3/Bi2WO6-Bi2FeCrO6/ITO的瞬态光电响应测试结果。
结合附图，作以下说明：
10——真空腔； 1——衬底；
2——加热器； 3——靶材；
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。
本发明的实施例所采用的薄膜生长设备为脉冲激光沉积系统，如图1所示。该设备主要由激光器、激光光路、真空腔10、控制系统等部分组成，所用激光器为KrF准分子激光器，激光波长248nm，激光出光口处脉冲能量设定为350mJ，通过五米长的激光光路后，可实现靶材3表面的激光能量密度～1J/cm2；目标衬底1利用导热银浆粘在电阻加热器2上，靶材3位于加热器2的下端，实验过程中将靶材3表面与加热器2表面之间距离调整为50mm。
基于此设备，本发明的一个较佳实施例提供了一种具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)选择衬底，并对所选衬底进行抛光处理和等离子清洗。抛光处理和等离子清洗后的衬底粗糙度小于5埃，清洁度(在超净间工作室中操作)为1000级。
所选衬底为特定的商业衬底，比如钛酸锶(SrTiO3)<100>、铝酸镧(LaAlO3)<100>、LSAT<100>或0.7wt％铌掺杂的钛酸锶(0.7wt％Nb:SrTiO3)<100>。优先选用SrTiO3或0.7wt％Nb:SrTiO3，常见的商业硅片、云母、氧化镁等衬底不适用于本发明的实施例。
(2)采用Bi2WO6陶瓷靶材，通过脉冲激光沉积系统在清洗好的衬底上生长Bi2WO6薄膜。具体为：
将Bi2WO6商业陶瓷靶材安装在脉冲激光沉积系统的真空腔体内(为了制备Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜，可同时安装Bi2FeCrO6靶材)，并将选择好的衬底粘贴在加热器上，同样放在真空腔体内，调整好靶材表面与加热器表面之间距离，保持溅射距离为50mm；将真空腔体抽真空到10-5Pa以下。
设定加热器温度为580-650℃，较佳地，本实施例将其设定为600-625℃，最佳地，设定为600℃。
设定环境氧压为10-20Pa，较佳地本实施例将其设定为14-16Pa，最佳地，设定为15Pa。
待生长条件稳定后，打开激光，设定激光出光口处脉冲能量为350mJ，脉冲频率为2-10Hz,较佳地，本实施将脉冲频率设定为2-3Hz。
设定5000次脉冲激光数量，以获得所需厚度的Bi2WO6薄膜。薄膜厚度由沉积时间决定，而沉积时间由激光脉冲数量和频率决定。
上述参数设定好后，旋转Bi2WO6靶材，开始沉积，待沉积结束后，设定自然降温，降温速率为每分钟10℃；待降到室温，抽真空，取出加热器，取下衬底，即获得一定厚度的具有网状结构的Bi2WO6薄膜，如图2所示。
从图2可以看出，本实施例得到的Bi2WO6薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线，纵向纳米线和横向纳米线相互交错、相互层叠，从而形成网状结构。
本发明的另一较佳实施例提供了一种Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤一、按照前面的方法制备具有网状结构的Bi2WO6薄膜。
步骤二、Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜的制备：
采用Bi2FeCrO6靶材，通过脉冲激光沉积系统在步骤一得到的Bi2WO6薄膜上原位生长Bi2FeCrO6纳米颗粒，得到Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜。
其中，加热器的温度设定为600-700℃，较佳地，本实施例将其设定为660℃。
环境氧压设定为1-5Pa，较佳地，本实施将其设定为2Pa。
待生长条件稳定后，打开激光，设定激光出光口处脉冲能量为350mJ，脉冲频率为2-3Hz，较佳地，本实施例设定为2Hz。设定脉冲激光数量为3000-8000次。旋转Bi2FeCrO6靶材，开始沉积，待沉积结束后，设定自然降温，降温速率为每分钟10℃；待降到室温，抽真空，取出加热器，取下衬底，即获得Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜，如图3所示。
为测量光电性能，需将具有网状结构的Bi2WO6薄膜或Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜做成器件。在本发明的较佳实施例中，选择导电电极0.7wt％Nb:SrTiO3为衬底，该衬底与SrTiO3衬底结构相似，作为底电极，透明的ITO电极为顶电极。在安装Bi2WO6靶材时，同时安装商业ITO陶瓷靶材，按照上述Bi2WO6薄膜的制备方法，在得到Bi2WO6薄膜后，同样利用脉冲激光沉积系统，设定加热器温度在500℃,环境氧压在1-2Pa，待生长条件稳定后，打开激光，设定激光出光口处脉冲能量为350mJ，脉冲频率为10Hz,设定6000次脉冲激光数量；旋转ITO靶材，开始沉积，待沉积结束后，设定自然降温，降温速率为每分钟10℃；待降到室温，抽真空，取出加热器，取下衬底，即获得0.7wt％Nb:SrTiO3/网状结构Bi2WO6薄膜/ITO光电器件。
若制备底电极/Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜/顶电极结构器件，可选择导电电极0.7wt％Nb:SrTiO3为衬底，即底电极，ITO为顶电极。在安装Bi2WO6靶材和Bi2FeCrO6靶材时，同时安装商业ITO陶瓷靶材，按照上述Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜的制备方法得到Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜。然后按照上述顶电极制备方法，沉积ITO电极，最终获得实物0.7wt％Nb:SrTiO3/Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜/ITO光电器件。
为突出显现苛刻的生长条件，本发明的较佳实施例利用同一种衬底分别尝试了不同加热器温度条件、不同氧压环境条件下，薄膜生长所形成的结构形态特征，结果显示出薄膜的生长特征对温度和氧压条件特别敏感，薄膜生长空间很窄。
为研究生长具有网状结构的Bi2WO6的普适性，本发明的较佳实施例在相同的生长条件下，分别在SrTiO3<100>,LaAlO3<100>,LSAT<100>,Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)四种衬底上生长了Bi2WO6薄膜。结果发现SrTiO3,LaAlO3,LSAT都能实现网状纳米线结构的生长，但纳米线的粗细程度明显有区别，尤其在SrTiO3<100>衬底上的薄膜表现出整齐规则的网格状纳米线。但是Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上并没有生长出网状纳米线结构，而是小颗粒沉积形成的二维平面薄膜。
为突出铁电功能材料Bi2WO6基纳米线与光伏材料所形成的纳米线异质结薄膜，能够表现出优异光电性能，本发明的较佳实施例利用0.7wt％Nb:SrTiO3/Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜/ITO光电器件进行了光电流测试和瞬态光电响应测试，结果发现，基于铁电纳米线-光伏材料形成的异质结薄膜既显示出明显的纳米线异质结形态特征，又表现出突出的光电性能，因此该结构具有潜在功能器件应用前景。
实施例1：
本实施例按照下述步骤制备基于SrTiO3衬底的Bi2WO6网状纳米线薄膜。
步骤一：选取面积1cm×1cm，厚度0.5mm的商业购买的SrTiO3衬底，进行常规的抛光处理和专业等离子清洗，将清洗好的衬底取出晾干备用，抛光面保持干净。
步骤二：将Bi2WO6商业陶瓷靶材安装在脉冲激光沉积系统的真空腔体内，并将选择好的SrTiO3衬底粘贴在加热器上，同样放在真空腔体内，调整好靶材表面与加热器表面之间距离，保持溅射距离为50mm；将真空腔体抽真空到10-5Pa以下。
步骤三：利用脉冲激光沉积系统的控制软件，设定真空腔体内电阻加热器温度为600℃,进行加热，加热速率为每分钟10℃；待温度稳定后，设置真空腔体内氧压为15Pa，打开工艺气路，实现氧气通入；待氧气压强稳定后，打开激光，设定激光出光口处脉冲能量为350mJ，脉冲频率为2Hz,设定5000次脉冲激光数量；将Bi2WO6靶材旋转的溅射位置，等待沉积。
步骤四：通过控制软件开始沉积，沉积过程中靶材按一定转速旋转，待沉积结束后，设定自然降温，降温速率为每分钟10℃；待降到室温，抽真空，破真空，取出加热器，取下衬底，即获得一定厚度的钨酸铋网状纳米线薄膜。
作为对照，利用相同的SrTiO3衬底(面积1cm×1cm，厚度0.5mm)分别尝试不同的加热条件，温度分别设置为625℃，650℃，675℃和700℃。其它条件完全相同，制备过程如上述步骤操作，最后制备出薄膜形貌如图4所示。结果表明，温度超过625℃后，网状纳米线结构不规则，尤其随着温度升高，薄膜底部逐渐向均匀平面型薄膜转变。
作为对照，利用相同的SrTiO3衬底(面积1cm×1cm，厚度0.5mm)分别尝试不同的氧气压强条件，氧压分别设置为10Pa,15Pa,20Pa和25Pa。其它条件完全相同，制备过程如上述步骤操作，最后制备出薄膜形貌如图5所示。结果表明，氧压过高或过低都不能形成很好的网状纳米线结构，氧压过低，纳米线结构混乱，氧压过高，薄膜表现出均匀螺旋状平面薄膜结构。合适氧压应该在10-20Pa之间。
作为对照，选用LaAlO3<100>,LSAT<100>,200nm Pt(111)/50nm Ti/500nm SiO2/Si(100)三种衬底，在相同的生长条件下进行薄膜制备。制备过程如上述步骤操作，最后制备出薄膜形貌如图6所示，所制备的薄膜的物相分析如图7所示。结果表明，尽管不同衬底所制备的物相是相同的(都是Bi2WO6材料)，但结构完全不一样。衬底LaAlO3和LSAT都能实现网状纳米线结构的生长，但Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上并没有生长出网状纳米线结构，而是小颗粒沉积形成的二维平面薄膜，说明特定的一些衬底才能在特定的条件下生长出Bi2WO6网状纳米线薄膜。
实施例2：
本实施例按照下述步骤制备基于SrTiO3衬底的Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜。
步骤一：选取面积1cm×1cm，厚度0.5mm的商业购买的SrTiO3衬底，进行常规的抛光处理和专业等离子清洗，将清洗好的衬底取出晾干备用，抛光面保持干净。
步骤二：将Bi2WO6、Bi2FeCrO6、ITO商业陶瓷靶材安装在脉冲激光沉积系统的真空腔体内，并将选择好的SrTiO3衬底粘贴在加热器上，同样放在真空腔体内，调整好靶材表面与加热器表面之间距离，保持溅射距离为50mm；将真空腔体抽真空到10-5Pa以下。
步骤三：利用脉冲激光沉积系统的控制软件，设定真空腔体内电阻加热器温度为600℃,进行加热，加热速率为每分钟10℃；待温度稳定后，设置真空腔体内氧压为15Pa，打开工艺气路，实现氧气通入；待氧气压强稳定后，打开激光，设定激光出光口处脉冲能量为350mJ，脉冲频率为2Hz,设定5000次脉冲激光数量；将Bi2WO6靶材旋转的溅射位置，等待沉积。
步骤四：通过控制软件开始沉积，沉积过程中靶材按一定转速旋转，待沉积结束后，即获得一定厚度的钨酸铋网状纳米线薄膜。
步骤五：利用脉冲激光沉积系统的控制软件，设定真空腔体内电阻加热器温度为660℃,继续进行加热，加热速率为每分钟1℃；待温度稳定后，设置真空腔体内氧压为2Pa，调节工艺气路，实现氧压的调节；待氧气压强稳定后，打开激光，设定激光出光口处脉冲能量为350mJ，脉冲频率为2Hz,设定6000次脉冲激光数量；将Bi2FeCrO6靶材旋转的溅射位置，等待沉积。
步骤六：利用脉冲激光沉积系统的控制软件，开始沉积，待沉积结束后，设定自然降温，降温速率为每分钟10℃；待降到室温，抽真空，取出加热器，取下衬底，即获得一定特征的Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜。最后制备出的薄膜形貌如图3所示。若在该薄膜上制备ITO顶电极，当上述沉积结束后，继续利用脉冲激光沉积系统，设定加热器温度在500℃,环境氧压在1.3Pa，待生长条件稳定后，打开激光，设定激光出光口处脉冲能量为350mJ，脉冲频率为10Hz,设定5000次脉冲激光数量；将ITO靶材旋转到溅射位置，开始沉积，待沉积结束后，设定自然降温，降温速率为每分钟10℃；待降到室温，抽真空，取出加热器，取下衬底，即获得带有ITO顶电极的薄膜器件。
为观察Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜的光电性能，利用商业化导电衬底0.7wt％Nb:SrTiO3为底电极，按照上述步骤一到步骤六，得到0.7wt％Nb:SrTiO3/Bi2WO6-Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜/ITO光电器件。
通过光电流测试(如图8所示)和瞬态光电响应测试(如图9所示)，结果发现，该器件的光电响应敏锐，且极化能实现光电流的调节。基于铁电纳米线-光伏材料形成的异质结薄膜既显示出明显的纳米线异质结形态特征，又表现出突出的光电性能，因此该结构具有潜在功能器件应用前景。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (3)
1.一种具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备方法，其特征在于，所述Bi2WO6薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线 ,所述纵向纳米线和所述横向纳米线形状相同，并相互交错、相互层叠，从而形成所述网状结构；
所述制备方法包括以下步骤：
(1)对衬底进行抛光处理和等离子清洗，所述衬底为SrTiO3、LaAlO3、LSAT或 0 .7wt％Nb:SrTiO3；
(2)采用Bi2WO6陶瓷靶材，通过脉冲激光沉积系统在清洗好的所述衬底上生长所述Bi2WO6薄膜，在生长所述Bi2WO6薄膜前，先设定所述Bi2WO6薄膜的生长条件，即调整所述靶材的表面与所述脉冲激光沉积系统中加热器的表面之间的距离为50mm，并设定所述加热器的温度和所述Bi2WO6薄膜的生长环境氧压；
在所述脉冲激光沉积系统中，激光器为KrF准分子激光器，激光波长248nm，通过设定所述激光器的参数，使得所述靶材表面的激光能量密度为1J/cm2；待所述生长条件稳定后，将激光脉冲频率设定为2-10Hz，并设定脉冲激光数量，以改变所述Bi2WO6薄膜的厚度；
所述加热器的温度设定为550-650℃；所述氧压设定为10-20Pa。
2.根据权利要求1所述的具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备方法，其特征在于，所述加热器的温度设定为600-625℃。
3.根据权利要求1所述的具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧压设定为14-16Pa。
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| Growth and Atomically Resolved Polarization Mapping of Ferroelectric Bi2WO6 Thin Films;Jihwan Jeong等;APPLIED ELECTRONIC MATERIALS;第3卷;摘要，第1024页右栏第2段至1025页右栏第3段，第1028段左栏最后一段至右栏第1段，图4 * |
| Microstructure and dielectric properties of epitaxial Bi2WO6 deposited by pulsed laser ablation;M. Hamada等;Thin Solid Films;第306卷;摘要，第6页第2段至第7页 * |
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| GR01 | Patent grant | ||
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