一种低漏电流铁酸铋薄膜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低漏电流铁酸铋薄膜，所述薄膜包括衬底，以及衬底上的Bi4?<i>x</i>Nd<i>x</i>Ti3O12薄膜层，Bi4?<i>x</i>Nd<i>x</i>Ti3O12薄膜层上是BiFeO3薄膜层，并且Bi4?<i>x</i>Nd<i>x</i>Ti3O12薄膜层与BiFeO3薄膜层交替搭配，形成Bi4?<i>x</i>Nd<i>x</i>Ti3O12/BiFeO3复合薄膜，其中X的取值范围是0.4?0.85。本实用新型通过在BiFeO3薄膜与衬底间引入Bi4?<i>x</i>Nd<i>x</i>Ti3O12铁电薄膜缓冲层来降低BiFeO3薄膜的漏电流，提高铁电性能，在高电场下，该复合薄膜的漏电流密度比纯BiFeO3薄膜降低了4个数量级，铁电性能也得到了很大的提高。
【专利说明】
一种低漏电流铁酸铋薄膜
技术领域
[0001]本实用新型属于功能材料领域，具体涉及一种低漏电流铁酸铋薄膜。
【背景技术】
[0002]铁酸铋(BiFeO3)是一种常温下呈现多铁性的单相材料，居里温度为810°C，尼尔温度为SSOtCt3BiFeO3具有三角扭曲的钙钛矿结构，室温下具有铁电有序和反铁磁有序，是少数室温下同时具有铁电性和铁磁性的多铁性磁电材料之一。因此，BiFeO3薄膜作为一种铁电材料获得了广泛研究和应用。然而，BiFeO3薄膜在制备过程中原子价态的转变导致薄膜的致密性差，薄膜的漏电导较大，得到的电滞回线矩形度较差。BiFeO3薄膜与衬底间会发生电荷的转移，导致薄膜的漏电流增大。较大的漏电流导致铁电材料在器件上不能充分发挥其性能优势。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型提供一种低漏电流且具有高铁电性能的铁酸铋薄膜。通过在BiFeO3薄膜与衬底间引入BitxNdxTi3O1^电薄膜缓冲层来降低BiFeO3薄膜的漏电流，提高铁电性能，从而可以提尚铁电器件的性能。
[0004]本实用新型提供的低漏电流铁酸铋薄膜，包括衬底，以及衬底上的Bi4-XNdxTi3O12薄膜层，Bi4-XNdxTi3O12薄膜层上是BiFeO3薄膜层，并且Bi4-XNdxTi3O1^膜层与BiFeO3薄膜层交替搭配，形成Bi4-xNdxTi3012/BiFe03复合薄膜，复合薄膜上制备了上电极，其中X的取值范围是0.4—0.85。
【附图说明】
[0005]图1为本实用新型的局部结构图。
[0006]图2为本实用新型的漏电流密度图。
[0007]图3为普通铁酸铋薄膜的电滞回线图。
[0008]图4为本实用新型的电滞回线图。
【具体实施方式】
[0009]下面利用具体的实施例，详细说明如何实现本实用新型。
[0010]实施例1:
[0011](I)将Bi(NO3)3.5H20、Fe(N03)3.5H20溶于乙二醇甲醚和乙酸酐混合而成的混合液中，配置出一定浓度的BiFeO3前驱液A。将Bi(NO3)3.5H20、Nd(N03)3.6H20加入到乙二醇甲醚中搅拌至溶解，另将钛酸四丁酯加入到冰醋酸中搅拌至溶解后，混合两者，配置出一定浓度的扮3.15如0.85!13012前驱液13。
[0012](2)以Si/Si02/Ti/Pt顺序复合叠加构成衬底，并对衬底进行表面处理和清洗:
[0013]①丙酮中超声清洗10-15分钟，去除衬底表面有机物；
[0014]②乙醇中超声清洗8-15分钟，除掉衬底表面的碳氢化合物；
[0015]③最后用去离子水超声清洗10分钟，去除残留的乙醇。
[0016](3)将前驱液B用滴管滴3-4滴到衬底上，启动匀胶机进行旋涂，形成湿薄膜。
[0017](4)将湿薄膜在120°C下进行低温烘干5分钟处理，去除薄膜中的碳、氢成分;烘干的薄膜在400°C进行预热处理15分钟，然后冷却。按上述步骤重复多次，获得一定厚度的
Β?3.15Nd0.85Ti30l2薄膜 O
[0018](5)将前驱液B制备的薄膜冷却后在其表面上滴3-4滴前驱液A。启动匀胶机进行旋涂，然后采用步骤(4)的条件进行烘烤和预热处理。按上述步骤重复多次，获得一定厚度的BiFe03薄膜。
[0019](6)多次重复步骤(4)和(5)，并且按照B/A/B/A方式交替搭配，获得一定厚度的Bi3.15Nd0.85Ti30i2/BiFe03 复合薄膜。
[0020](7)将Bi3.15Nd0.85Ti3012/BiFe03复合薄膜在空气环境中进行热处理，温度为550°C，时间为30分钟，使薄膜晶化。
[0021](8)在薄膜表面上采用真空蒸镀工艺制备Au上电极薄膜，掩膜板的直径为0.5mm。
[0022]实施例子2:
[0023](I)将Bi(NO3)3.5H20,Fe(NO3)3.5H20溶于乙二醇甲醚和乙酸酐混合而成的混合液中，配置出一定浓度的BiFeO3前驱液A。将Bi(N03)3.5H20、Nd(N03)3.6H20加入到乙二醇甲醚中搅拌至溶解，将钛酸四丁酯加入到冰醋酸中搅拌至溶解后，混合两者，配置一定浓度的B i 3.6oNd0.4oT i 3〇i2 前驱液 B。
[0024](2)以Si/Si02/Ti/Pt顺序复合叠加构成衬底，并对衬底进行表面处理和清洗:
[0025]①丙酮中超声清洗10-15分钟，去除衬底表面有机物；
[0026]②乙醇中超声清洗8-15分钟，除掉衬底表面的碳氢化合物；
[0027]③最后用去离子水超声清洗10分钟，去除残留的乙醇。
[0028](3)将前驱液B用滴管滴3-4滴到衬底上，启动匀胶机进行旋涂，形成湿薄膜。
[0029](4)将湿薄膜在120°C下进行低温烘干5分钟处理，去除薄膜中的碳、氢成分;烘干的薄膜在400°C进行预热处理15分钟，然后冷却。按上述步骤重复多次，获得所需厚度的Bi3.6oNd0.4oTi30i2 薄膜。
[0030](5)将前驱液B制备的薄膜冷却后在其表面上滴3-4滴前驱液A。启动匀胶机进行旋涂，然后采用步骤(4)的条件进行烘烤和预热处理。按上述步骤重复多次，获得所需厚度的BiFe03薄膜。
[0031](6)多次重复步骤(4)和(5)，并且按照B/A/B/A方式交替搭配，获得一定厚度的Bi3.6oNd0.4()Ti30i2/BiFe03 复合薄膜。
[0032](7)将Bi3.6QNd().4()Ti3012/BiFe03复合薄膜在空气环境中进行热处理，温度为600°C，时间为25分钟，使薄膜晶化。
[0033](8)在薄膜表面上采用真空蒸镀工艺制备Au上电极薄膜，掩膜板的直径为0.5mm。
[0034]本实用新型的有益效果:
[0035]在Si/Si02/Ti/Pt复合衬底上制备出结晶态的Bi4-xNdxTi3012/BiFe03复合薄膜。在高电场下，该复合薄膜的漏电流密度比纯BiFeO3薄膜降低了4个数量级，铁电性能也得到了很大的提尚。
【主权项】
1.一种低漏电流铁酸铋薄膜，包括衬底，其特征在于:衬底上是Bi^xNdxTi3O12薄膜层，Bi4-xNdxTi3012薄膜层上是BiFeO3薄膜层，并且Bi4-撕力3012薄膜层与BiFeO3薄膜层交替搭配，形成Bi4-xNdxTi30i2/BiFe03复合薄膜，Bi4-xNdxTi30i2/BiFe03复合薄膜上制备了上电极，其中X的取值范围是0.4-0.85。2.根据权利要求1所述的低漏电流铁酸铋薄膜，其中的衬底是由Si/Si02/Ti/Pt顺序叠加的复合层，上电极是Au电极。
【文档编号】H01L43/10GK205429011SQ201620211105
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】王 华, 韩冬, 许积文, 杨玲, 丘伟
【申请人】桂林电子科技大学