专利名称：高性能La、V共掺SrBi的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁电材料，特别涉及一种高性能La、V共掺SrBi4Ti4O15铁电薄膜。
背景技术：
铁电材料以其非易失性、开关速度快、存储密度高等优点，在存储器、逻辑器件等方面具有良好的应用前景。用作非易失性铁电存储器(NvFRAM)的材料，要求有大剩余极化(2Pr)、较小的矫顽场、优良的抗疲劳性能、制备温度与现有的半导体工艺兼容、无污染等。
在本发明之前，现在铁电材料都存在着一定的缺陷和问题，如Pb(Ti，Zr)O3的抗疲劳性能差，并且制备过程中有污染，SrBi2Ta2O9的剩余极化较小；而Bi4Ti3O12的抗疲劳性能不好，且剩余极化不大，这些都使铁电存储器的实际应用受到了很大限制。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述常用材料缺陷，设计、研制一种高性能La、V共掺SrBi4Ti4O15铁电薄膜。
本发明的技术方案是高性能La、V共掺SrBi4Ti4O15铁电薄膜，其主要技术特征在于SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15铁电薄膜中La、V掺杂量分别为0.1、0.03，其结构为层状钙钛矿结构。
本发明的优点和效果在于La掺杂主要是增大SrBi4Ti4O15的剩余极化(2Pr)，而V掺杂主要是提高其抗疲劳性能(fatigue)，所以La、V共同掺杂可以达到既增大剩余极化又提高抗疲劳性能的目的；高性能的SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15铁电薄膜具有剩余极化大，矫顽场低、抗疲劳性能好等优点。其剩余极化(2Pr)达到46.7μC/cm2，矫顽场(Ec)仅为83kV/cm。更重要的是，SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15薄膜在高频和低频下，极化Pnv经过2.2×109和1.3×1012次疲劳反转后几乎均无变化，表现出优良的抗疲劳性能。
溶胶-凝胶法是一种常用的制备薄膜的方法，具有易大面积制膜，组分控制精确，工艺简单等优点，且与半导体技术相兼容。
我们用溶胶-凝胶法制备出具有剩余极化大、抗疲劳性能好的铁电薄膜，这种综合性能优良的薄膜能够克服以上常用材料的缺点。
本发明的其他优点和效果将在下面继续描述。
图1——SBLTV薄膜样品的表面SEM图。
图2——SBLTV薄膜样品的电滞回线图。
图3——测试频率为1MHz时SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15薄膜样品的疲劳性能图。
图4——测试频率为50kHz时SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15薄膜样品的疲劳性能图。
图5——制备高性能La、V共掺SrBi4Ti4O15铁电薄膜流程图。
图6——SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15结构式图。
具体实施例方式
用溶胶-凝胶法制备前驱体溶液，其步骤为将醋酸铋(Bi(CH3CO2)3)、醋酸锶(Sr(CH3CO2)2)、醋酸镧(La(CH3CO2)3)溶于醋酸水溶液中，搅拌至完全溶解；将钛酸丁酯(Ti(C3H9O)4)和异丙氧钒(VO(C3H7O)3)溶于正丙醇；然后将上述二溶液充分混合，搅拌数小时，得到澄清稳定的前驱体溶液。
制备铁电薄膜流程如图5所示将澄清的SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15前驱体溶液用甩胶的方法沉积在Pt/Ti/SiO2/Si基片上(转速为3000rpm，30s匀胶)，将湿膜放在烘烤台上在250℃、400℃温度烘烤2分钟，再放入管式炉中750℃退火、通氧几分钟，结晶制成成品膜，即SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15铁电薄膜。
本发明制备的成品膜，经各项测试如图1所示，为SBLTV薄膜样品表面SEM照片，可以看出，薄膜样品的表面光滑，晶粒排布致密、均匀、无裂缝。晶粒大小均匀。
如图2所示，为样品在267kV/cm的外电场下测得的电滞回线，回线具有较好的矩形度，其剩余极化(2Pr)达到46.7μC/cm2，这比目前研究的较多的Bi4Ti3O12、Bi3.25La0.75Ti3O12及SrBi2Ta2O9等铁电材料的剩余极化都大，这将有利于铁电存储器中“0”“1”码的辨别，并且有较好的抗疲劳性能。
如图3、图4所示，分别显示了SBLTV薄膜样品在高频(1MHz)和低频(50kHz)下的疲劳性能，其测试电压均为200kV/cm。在1MHz下，经过1.3×1012次反转后样品的非挥发极化(Pnv＝P*-P^)几乎没无变化，表现出优良的抗疲劳性能。低频50kHz下，Pnv经过2.2×109次反转后只下降了10％，以上说明了，SBLTV铁电薄膜在高频和低频下都有优良的抗疲劳性能。
权利要求
1.高性能La、V共掺SrBi4Ti4O15铁电薄膜，其特征在于SrBi3.9La0.1Ti3.97V0.03O15铁电薄膜中La、V掺杂量分别为0.1、0.03，其结构为层状钙钛矿结构，是(Bi2O2)2+层中间夹着四个八面体结构的类钙钛矿层组成。
2.根据权利要求1所述的高性能La、V共掺SrBi4Ti4O15铁电薄膜，其特征在于在267kV/cm的外电场下的电滞回线，其剩余极化(2Pr)达到46.7μC/cm2。
全文摘要
本发明涉及一种高性能La、V共掺SrBi
文档编号C04B35/462GK101020582SQ200610039130
公开日2007年8月22日 申请日期2006年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者陈小兵, 孙慧, 朱骏, 毛翔, 方洪 申请人:扬州大学