，搅拌速率为600转/分。得到棕红色澄清透明溶液。800C高温陈化溶液48小时，得到高掺杂BaT13: Fe溶胶。所得溶胶可在室温下长时间存放。
[0044]2.将LaNi03/Si衬底分别在丙酮，酒精，去离子水中分别超声5分钟，再用高纯N2吹干后在600°C退火3分钟；
[0045]3.涂胶。使用匀胶机将步骤I溶胶旋涂于步骤2所得的LaNi03/Si衬底上，转速为4500转/分。
[0046]4.使用快速热退火炉阶梯退火。200°C退火3分钟，除去水分和部分有机溶剂;380°C退火5分钟，除去有机溶剂;750°C退火6分钟，结晶，得到高掺杂BaT13: Fe薄膜，膜厚约为35nm0
[0047]5.重复步骤3，4，直至铁酸钡薄膜厚度达到300nm左右。
[0048]本发明制备方法中所得的高掺杂BaT13:Fe薄膜X射线衍射测试结构如图1所示。
[0049]二、铁电性能测试
[0050]I)上电极制备:真空溅射Pt电极，溅射时间10?20分钟。其中所使用的掩模板为网状。网状掩模板规格为:尺寸2cm X 2cm，镂空处为正方形，边长0.1?0.5mm，间距0.5?2mm。具体尺寸根据要求选择。溅射之后，样品置于快速退火炉中退火，以使电极与材料充分欧姆接触；
[0051]2)铁电性能测试。
[0052]使用Precis1nMaterials Analyzer (Precis 1n Premier II)系统测试薄膜的铁电性。测试过程在室温下进行。
[0053]P-E测试频率IkHz，电压范围-14?HV13X = 0.15样品的剩余极化Pr为20yC/cm2(此值大于现有溶胶凝胶法制备的Fe掺杂BaT13薄膜的Pr值)，如图2。
[0054]三、磁学性能测试
[0055]在美国Quantum Design公司的MPMS上进行磁学性质测量。测试在室温下进行。测得的室温M-H曲线表明，随着Fe掺杂的增加，样品的磁性逐渐增强，当X大于0.15，样品磁性逐渐减弱。高掺杂BaT13 = Fe薄膜(x = 0.15)室温饱和磁化强度最大，其室温M-H曲线如图3。
[0056]实施例2
[0057]本实施例是在石英衬底上生长x= 0.10高掺杂BaT13 = Fe薄膜材料的制备过程及其XRD和透射光谱测试。
[0058]1.前驱液制备。将按化学计量配比称取的Fe(NO3)3.9H20，乙酸钡粉末溶于冰醋酸，100°C下搅拌60分钟，搅拌速率为600转/分，使硝酸铁、乙酸钡完全溶解，然后冷却至室温加入乙酰丙酮和乙醇混合体积比为10:1?1:1的混合液，继续搅拌20分钟在室温?80°C温区缓慢加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，继续搅拌2小时。再加入乙二醇，调节溶液粘稠度，使得溶液中Ba离子浓度为0.25mol/L。继续室温下搅拌60分钟，搅拌速率为600转/分。得到棕红色澄清透明溶液。500C高温陈化溶液24小时，得到高掺杂BaT13: Fe溶胶。所得溶胶可在室温下长时间存放。
[0059]2.将石英衬底分别在丙酮，酒精，去离子水中分别超声5分钟，用高纯％吹干后在600 °C退火3分钟。
[0060]3.涂胶。使用匀胶机将步骤I溶胶旋涂于步骤2所得的石英衬底上，转速为5000转/分。
[0061 ] 4.使用快速热退火炉阶梯退火。200 °C退火3分钟，除去水分和部分有机溶剂；3800C退火5分钟，除去有机溶剂;650°C退火6分钟，结晶，得到高掺杂BaT13: Fe薄膜，膜厚约为40nmo
[0062]5.重复步骤3，4，直至铁酸钡薄膜厚度达到约250nm左右。
[0063]本发明制备方法中所得的高掺杂BaT13:Fe薄膜X射线衍射图和透射光谱图如图4和图5所示。
[0064]实施例3
[0065]本实施例是在Si衬底上生长x= 0.20高掺杂BaT13 = Fe薄膜材料的制备过程及其XRD和椭圆偏振光谱测试。
[0066]1.前驱液制备。将按化学计量配比称取的氯化铁、氯化钡粉末溶于冰醋酸和无水乙醇，60°C下搅拌90分钟，搅拌速率为600转/分，使氯化铁、氯化钡粉完全溶解，然后冷却至室温加入乙酰丙酮和乙醇混合体积比为10:1?1:1的混合液，继续搅拌20分钟在室温?80°(:温区缓慢加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，继续搅拌I小时以上。再加入乙二醇，调节溶液粘稠度，使得溶液中Ba离子浓度为0.2mol/L。继续室温下搅拌60分钟，搅拌速率为800转/分。得到棕红色澄清透明溶液。100 °C高温陈化溶液18小时，得到高掺杂BaT13:Fe溶胶。所得溶胶可在室温下长时间存放。
[0067]2.将Si衬底分别在丙酮，酒精，去离子水中分别超声5分钟，用高纯犯吹干后在600°C退火3分钟。
[0068]3.涂胶。使用匀胶机将步骤I溶胶旋涂于步骤2所得的Si衬底上，转速为4500转/分。
[0069]4.使用快速热退火炉阶梯退火。200°C退火3分钟，除去水分和部分有机溶剂；380°C退火5分钟，除去有机溶剂;700°C退火6分钟，结晶，得到高掺杂BaT13: Fe薄膜，膜厚约为40nmo
[0070]5.重复步骤3，4，直至铁酸钡薄膜厚度达到约350nm左右。
[0071 ]本发明制备方法中所得的高掺杂BaT13: Fe薄膜X射线衍射图和椭圆偏振光谱如图6和图7所示。
【主权项】
1.一种高掺杂BaT13: Fe多铁薄膜材料，其分子式为BaTi1-XFesO3，x为掺杂成分的原子比，x = 0.01 ?O Ao2.如权利要求1所述的高掺杂BaTi03:Fe多铁薄膜材料，其特征在于所述的x= 0.05?.0.2。3.如权利要求1所述的高掺杂BaT13:Fe多铁薄膜材料，其特征在于所述的高掺杂BaT13 = Fe多铁薄膜材料的厚度为100?700nm，其晶粒大小为20?120nm。4.权利要求1所述的高掺杂BaT13:Fe多铁薄膜材料的制备方法，包括有如下依次步骤: 1)前驱体制备 将可溶于醇和有机酸的Fe源、Ba源和Ti源溶于醇、有机酸和乙酰丙酮，经搅拌溶解后，加入乙二醇或者乙二醇与聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液，再经搅拌得到澄清透明棕红色溶液，密闭，高温陈化过滤所述溶液制得高掺杂BaT13: Fe溶胶前驱体；其中Ba离子浓度为.0.01?lmol/1； 2)衬底清洗预处理 选择衬底清洗，将其在丙酮，酒精和去离子水中分别超声I?15分钟，再用高纯N2吹干，在300?850°C退火3?5分钟； 3)高掺杂BaT13= Fe多铁薄膜的制备 将步骤I)制得的高掺杂BaT13 = Fe溶胶前驱体旋涂于步骤2)所述的衬底上，然后在200?850 °C之间对其进行阶梯退火； 4)多次重复步骤3)的涂胶、退火过程，得到需要厚度的薄膜样品； 5)电极制备:向步骤4)制得的导电衬底的高掺杂BaT13:Fe多铁薄膜上，溅射Pt或者Au电极。5.根据权利要求4所述的高掺杂BaTi03:Fe多铁薄膜材料的制备方法，其特征在于所述的衬底为51、石英、8&1103、1^厶103、1^附03、2抑2、311^03、1^祖03/31、？^/1^02/3102/31、？七/Ti/Si02/Si 或 Nb = SrT13。6.根据权利要求4所述的高掺杂BaTi03:Fe多铁薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤I)中所述的Fe源为硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁或氯化亚铁;Ba源为乙酸钡、氯化钡或钛酸钡；Ti源为钛酸四丁酯或四氯化钛;醇为无水乙醇或异丙醇;有机酸为冰醋酸、酒石酸或柠檬酸。7.根据权利要求4所述的高掺杂BaTi03:Fe多铁薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤I)所述的醇和乙酰丙酮体积比为10:1?1:1，其混合液要先于Ti源加入，且Ti源要在室温?.80 °C温区缓慢加入。8.根据权利要求4所述的高掺杂BaTi03:Fe多铁薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤I)中乙二醇与聚乙烯吡咯烷酮体积比1:0.001?1:0.5。9.根据权利要求4所述的高掺杂BaTi03:Fe多铁薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤I)中，陈化温度40?200°C，陈化时间3?72小时。
【专利摘要】本发明涉及一种高Fe含量掺杂BaTiO3多铁薄膜材料及其制备方法，其分子式为BaTi1-xFexO3，x为掺杂成分的原子比，x＝0.01～0.4，其制备方法，包括有如下依次步骤：1)前驱体制备；2)衬底清洗预处理；3)高掺杂BaTiO3:Fe多铁薄膜的制备：将步骤1)制得的高掺杂BaTiO3:Fe溶胶前驱体旋涂于步骤2)所述的衬底上，然后对其进行阶梯退火；4)多次重复步骤3)的涂胶、退火过程，得到需要厚度的薄膜样品。本发明的前驱体溶液澄清透明，能够长时间存放；所生长的薄膜表面均匀致密，结晶性能好，无杂相，且生成的薄膜厚度可控性好，单向性高；薄膜材料在室温下具有较好的铁电和铁磁性。
【IPC分类】H01F41/24, C23C18/16, H01F41/22
【公开号】CN105568265
【申请号】CN201610029831
【发明人】田建军, 高惠平, 田军锋, 范素娟, 秦勉, 贾彩虹, 郑海务, 张伟风
【申请人】河南大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月12日