一种可稳定极化的铁电-介电薄膜及其制备方法与流程

本发明涉及铁电材料，具体涉及一种可稳定极化的铁电-介电薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、铁电材料是在一定温度范围内具有自发极化的功能性材料，在外电场作用下这类材料的自发极化方向能发生反转。除此之外，铁电体还具有压电性、热释电、电光效应、声光性效应、光折变效应、非线性光学效，可用于制备铁电存储器、热释电红外探测器、光波导、介质移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。这些元器件在航空航天、通信、家电、国防等领域具有广泛的应用前景。因此，铁电材料成为了近年来高新技术探究的前沿和热点之一。

2、在航空航天应用领域中，在航天器上应用的电子元器件会不可避免地暴露在空间辐射环境下。空间辐射环境会对铁电薄膜器件产生影响，甚至会直接导致器件的失效，从而影响空间任务的执行。因此，航天器上应用的铁电薄膜需具有稳定极化的性能要求。

3、因此，提供一种可稳定极化的铁电材料具有重要的意义。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

2、第一方面，本发明提供一种可稳定极化的铁电-介电薄膜，包括：基底层，以及在所述基底层上依次生长的底电极层和功能层；所述功能层是基于所述底电极层生长的第一srtio3介电层、pbzrtio3铁电层和第二srtio3介电层薄膜。

3、进一步的，所述基底层为srtio3衬底、gdsio3衬底和云母衬底中的一种。

4、优选的，所述srtio3衬底的晶体基片参数为<110>、<111>或<100>。晶体基片参数为<110>、<111>和<100>的srtio3衬底与功能层材料晶格匹配度较好，易于制备高质量的pbzrtio3薄膜。

5、进一步的，所述底电极层为srruo3薄膜、la0.67sr0.33mno3薄膜中的一种。

6、优选的，所述底电极层厚度为5～35nm。

7、第二方面，本发明提供上述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

8、步骤s1、将基底层进行清洁并粘结在基片台的中心位置，然后将粘结有基底层的基片台放置于脉冲激光沉积系统沉积腔中加热台上，基底层位于主靶位的上方，基底层与靶材之间的距离为50～100mm；

9、步骤s2、利用脉冲激光沉积制备方法，在基底层上沉积形成底电极层；

10、步骤s3、利用脉冲激光沉积制备方法，在底电极层上沉积形成第一srtio3介电层；

11、步骤s4、利用脉冲激光沉积制备方法，在第一srtio3介电层上沉积形成pbzrtio3铁电层；

12、步骤s5、利用脉冲激光沉积制备方法，在pbzrtio3铁电层上沉积形成第二srtio3介电层；

13、步骤s6、进行冷却后处理。

14、进一步的，步骤s2沉积底电极层的工艺参数为：沉积腔真空度≤5×10-7pa，衬底温度为670～730℃，脉冲激光频率为5～10hz，激光焦距为3～9mm，沉积速率为4～10nm/min。

15、进一步的，步骤s4沉积pbzrtio3铁电层的工艺参数为：沉积腔真空度≤5×10-7pa，衬底温度为570～650℃，氧分压为50～150mtorr，激光能量为280～430mj，激光频率为5～10hz，沉积时间为30～40min，激光发数为30000～60000发。

16、进一步的，步骤s3和s5的沉积工艺参数相同；脉冲激光沉积工艺的具体参数为：沉积腔真空度≤5×10-7pa，沉积温度为570～650℃，氧分压为50～150mtorr，激光能量为280～430mj，激光频率为5～10hz，激光发数0～5400发。

17、进一步的，步骤s6中冷却后处理的具体步骤为：在氧分压为3～10mtorr的条件下，以8～12℃/min的降温速度冷却至室温。

18、有益效果：

19、本发明通过在铁电层pbzrtio3上层和下层中分别插入第一srtio3介电层和第二srtio3介电层的方式，使得制备的铁电-介电薄膜具有稳定极化的铁电性能，有望使其应用于航天器电子元件等应用领域。

技术特征：

1.一种可稳定极化的铁电-介电薄膜，其特征在于，包括：基底层，以及在所述基底层上依次生长的底电极层和功能层；所述功能层是基于所述底电极层生长的第一srtio3介电层、pbzrtio3铁电层和第二srtio3介电层。

2.根据权利要求1所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜，其特征在于，所述基底层为srtio3衬底、gdsio3衬底和云母衬底中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜，其特征在于，所述srtio3衬底的晶体基片参数为<110>、<111>或<100>。

4.根据权利要求1所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜，其特征在于，所述底电极层为srruo3薄膜、la0.67sr0.33mno3薄膜中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜，其特征在于，所述底电极层厚度为5～35nm。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s2沉积底电极层的工艺参数为：沉积腔真空度≤5×10-7pa，衬底温度为670～730℃，脉冲激光频率为5～10hz，激光焦距为3～9mm，沉积速率为4～10nm/min。

8.根据权利要求6所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s4沉积pbzrtio3铁电层的工艺参数为：沉积腔真空度≤5×10-7pa，衬底温度为570～650℃，氧分压为50～150mtorr，激光能量为280～430mj，激光频率为5～10hz，沉积时间为30～40min，激光发数为30000～60000发。

9.根据权利要求6所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s3和s5的沉积工艺参数相同；脉冲激光沉积工艺的具体参数为：沉积腔真空度≤5×10-7pa，沉积温度为570～650℃，氧分压为50～150mtorr，激光能量为280～430mj，激光频率为5～10hz，激光发数0～5400发。

10.根据权利要求6所述的一种可稳定极化的铁电-介电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s6中冷却后处理的具体步骤为：在氧分压为3～10mtorr的条件下，以8～12℃/min的降温速度冷却至室温。

技术总结
本发明公开了一种可稳定极化的铁电‑介电薄膜及其制备方法。所述可稳定极化的铁电‑介电薄膜包括基底层、以及在基底层上依次生长的底电极和功能层；所述功能层是基于所述底电极层生长的第一SrTiO<subgt;3</subgt;介电层‑PbZrTiO<subgt;3</subgt;铁电层‑第二SrTiO<subgt;3</subgt;介电层薄膜。本发明通过在铁电层PbZrTiO<subgt;3</subgt;上层和下层中插入介电层SrTiO<subgt;3</subgt;沉积的方式，使得制备的铁电‑介电薄膜具有可稳定极化的铁电性能，有望使其应用于航天器电子元件等应用领域。

技术研发人员：钟高阔
受保护的技术使用者：广州先进技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24