一种钴掺杂铁酸铋体系薄膜材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铁电薄膜材料的制备方法，尤其涉及一种BiFe

背景技术

多铁材料指同时具有铁电、铁磁(反铁磁)以及铁弹性中多于一种自发极化的材料体系。在这种材料中，电、磁以及弹性等序参量共存并形成磁电耦合等一系列有趣的物理现象。铁电、铁磁共存以及磁电耦合的思想基本来源于19世纪法国科学家Pierre Curie，但直到上个世纪30年代铁电性才在氢键类材料(KH

发明内容

本发明的目的在于克服现有BiFe

本发明采用的技术方案是：

一种BiFe

1、采用溶胶凝胶法制备BiFe

2、将BiFe

3、用脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposition，PLD)将块体靶材沉积在FTO衬底上，得到BiFe

进一步地，所述的溶胶凝胶法制备BiFe

进一步地，所述的溶胶凝胶法制备BiFe

1、将硝酸铋、硝酸铁、硝酸钴按1:1-x:x物质的量之比进行准确称量，先后加入适量乙二醇中完全溶解得到溶液A；

2、将柠檬酸按照{m

3、将溶液A缓缓加入溶液B(顺序不可调换，以使操作的整个过程保持柠檬酸溶液在体系中处于过量状态)，充分均匀混合，得到溶液C，置入75-85℃水浴锅水浴搅拌使其粘稠变黄，得到湿凝胶；

4、将湿凝胶置于鼓风干燥箱中，于95-105℃条件下缓慢水解、烘干4～5天，形成干凝胶，在380-420℃条件下去有机物、640-660℃退火，得到BiFe

进一步地，所述的乙二醇根据铋源材料、铁源材料、钴源材料的溶解情况来确定其用量，但硝酸铋的物质的量浓度不能低于1mol/L,即c

进一步地，所述的去离子水根据络合剂的溶解情况来确定其用量。

进一步地，所述的BiFe

1、将所述干燥的BiFe

2、用坩埚盛放所述精细粉末B，置于马弗炉中600-700℃高温煅烧2-2.5个小时，得到棕黑色BiFe

3、用金属模具将所述粉末C压制成直径30mm,厚度介于2～3mm的圆柱状靶材，所用压强大小为25MPa；

4、将所述圆柱状靶材置于600-700℃马弗炉中快速退火7-8min，得到BiFe

进一步地，所述的脉冲激光沉积法将BiFe

1、将所述BiFe

2、当所述真空腔真空度达到5×10

3、设置真空室FTO衬底温度为650℃，所述FTO衬底用挡板遮住；

4、设置脉冲激光器的电压为19kV，频率为1Hz进行预打，时间据靶材实际表面情况而定；

5、设置脉冲激光器的能量为350mJ，频率4Hz，移开所述挡板，开始沉积，沉积结束通入0.8atm氧气，并原位保温1h后冷却至室温，制得BiFe

进一步地，所述的制得BiFe

进一步地，所述的FTO衬底属于导电玻璃，软化温度不低于700℃，导电层电导率在650±10℃附近与常温状态下下降率不高于50％。

本发明采用以上技术方案制备出BiFe

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明BiFe

图2为本发明BiFe

图3为本发明BiFe

图4为本发明BiFe

图5为本发明BiFe

具体实施方式

如图1-5之一所示，本发明公开了一种BiFe

1：采用溶胶凝胶法制备BiFe

1-1：将硝酸铋、硝酸铁、硝酸钴按1:1-x:x物质的量之比进行准确称量，先后加入适量乙二醇中完全溶解得到溶液A；

1-2：将柠檬酸按照{m

1-3：将溶液A缓缓加入溶液B中(顺序不可调换，以使操作的整个过程保持柠檬酸溶液在体系中处于过量状态)，充分均匀混合，得到溶液C，置入75-85℃水浴锅水浴搅拌使其粘稠变黄，得到湿凝胶；

1-4：将湿凝胶置于鼓风干燥箱中，于95-105℃条件下缓慢水解、烘干4～5天，形成干凝胶，在380-420℃条件下去有机物、640-660℃退火，得到BiFe

2：将BiFe

2-1：将所述干燥的BiFe

2-2：用坩埚盛放所述精细粉末B，置于马弗炉中600-700℃高温煅烧2个小时，得到棕黑色BiFe

2-3：用金属模具将所述粉末C压制成直径30mm,厚度介于2～3mm的圆柱状靶材，所用压强大小为25MPa；

2-4：将所述圆柱状靶材置于600-700℃马弗炉中快速退火7-8min，得到BiFe

3：用脉冲激光沉积法将块体靶材沉积在FTO衬底上，得到BiFe

3-1：将所述BiFe

3-2：当所述真空腔真空度达到5×10

3-3：设置真空室FTO衬底温度为650℃，所述FTO衬底用挡板遮住；

3-4：设置脉冲激光器的电压为19kV，频率为1Hz进行预打，时间据靶材实际表面情况而定；

3-5：设置脉冲激光器的能量为350mJ，频率4Hz，移开所述挡板，开始沉积，沉积结束通入0.8atm氧气，并原位保温1h后冷却至室温，制得BiFe

上述步骤中，沉积时间根据所需制备薄膜的厚度进行调节，薄膜生长速率为95-105nm/h；

所述的FTO衬底属于导电玻璃，软化温度不低于700℃，导电层电导率在650℃附近与常温状态下下降率不高于50％。

实施例1

一种BiFe

1：采用溶胶凝胶法制备BiFe

1-1：将硝酸铋、硝酸铁按1:1物质的量之比进行准确称量，先后加入适量乙二醇中完全溶解得到溶液A；其中乙二醇根据硝酸铋、硝酸铁的溶解情况来确定其用量，其中硝酸铋的物质的量浓度不低于1mol/L；

1-2：将柠檬酸按照m

1-3：将溶液A缓缓加入溶液B中，充分均匀混合，得到溶液C，置入75℃水浴锅水浴搅拌使其粘稠变黄，得到湿凝胶；

1-4：将湿凝胶置于鼓风干燥箱中，于95℃条件下缓慢水解、烘干5天，形成干凝胶，在380℃条件下去有机物、650℃退火，得到BiFe

2：将BiFe

2-1：将步骤1得到的BiFe

2-2：用坩埚盛放所述精细粉末B，置于马弗炉中650℃高温煅烧2.5个小时，得到棕黑色BiFe

2-3：用金属模具将所述粉末C压制成直径30mm,厚度介于2～3mm的圆柱状靶材，所用压强大小为25MPa；

2-4：将所述圆柱状靶材置于650℃马弗炉中快速退火8min，得到BiFe

3：用脉冲激光沉积法将块体靶材沉积在FTO衬底上，得到BiFe

3-1：将BiFe

3-2：当所述真空腔真空度达到5×10

3-3：设置真空室FTO衬底温度为650℃，所述FTO衬底用挡板遮住；

3-4：设置脉冲激光器的电压为19kV，频率为1Hz进行预打，时间据靶材实际表面情况而定；

3-5：设置脉冲激光器的能量为350mJ，频率4Hz，移开所述挡板，开始沉积，沉积时间1.5h，沉积结束通入0.8atm氧气，并原位保温1h后冷却至室温，制得BiFe

上述步骤中，沉积时间根据所需制备薄膜的厚度进行调节，薄膜生长速率为100nm/h左右；所述的FTO衬底属于导电玻璃，软化温度700℃，导电层电导率在650℃附近与常温状态下下降率为50％。

实施例2

一种BiFe

1：采用溶胶凝胶法制备BiFe

1-1：将硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍按1:0.98:0.02物质的量之比进行准确称量，先后加入适量乙二醇中完全溶解得到溶液A；其中乙二醇根据硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍的溶解情况来确定其用量，其中硝酸铋的物质的量浓度不低于1mol/L。

1-2：将柠檬酸按照m

1-3：将溶液A缓缓加入溶液B中，充分均匀混合，得到溶液C，置入80℃水浴锅水浴搅拌使其粘稠变黄，得到湿凝胶；

1-4：将湿凝胶置于鼓风干燥箱中，于100℃条件下缓慢水解、烘干5天，形成干凝胶，在400℃条件下去有机物、650℃退火，得到BiFe

2：将BiFe

2-1：将步骤1得到的BiFe

2-2：用坩埚盛放所述精细粉末B，置于马弗炉中675℃高温煅烧2个小时，得到棕黑色BiFe

2-3：用金属模具将所述粉末C压制成直径30mm,厚度介于2～3mm的圆柱状靶材，所用压强大小为25MPa；

2-4：将所述圆柱状靶材置于650℃马弗炉中快速退火8min，得到BiFe

3：用脉冲激光沉积法将块体靶材沉积在FTO衬底上，得到BiFe

3-1：将BiFe

3-2：当所述真空腔真空度达到5×10

3-3：设置真空室FTO衬底温度为650-680℃，所述FTO衬底用挡板遮住；

3-4：设置脉冲激光器的电压为20kV，频率为1Hz进行预打，时间据靶材实际表面情况而定；

3-5：设置脉冲激光器的能量为350mJ，频率4Hz，移开所述挡板，开始沉积，沉积时间1.5h，沉积结束通入0.8atm氧气，并原位保温1.2h后冷却至室温，制得BiFe

上述步骤中，沉积时间根据所需制备薄膜的厚度进行调节，薄膜生长速率为95-105nm/h；所述的FTO衬底属于导电玻璃，软化温度为720℃，导电层电导率在650℃附近与常温状态下下降率为48％。

实施例3

一种BiFe

1：采用溶胶凝胶法制备BiFe

1-1：将硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍按1:0.96:0.04物质的量之比进行准确称量，先后加入适量乙二醇中完全溶解得到溶液A；其中乙二醇根据硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍的溶解情况来确定其用量，其中硝酸铋的物质的量浓度不低于1mol/L。

1-2：将柠檬酸按照m

1-3：将溶液A缓缓加入溶液B中，充分均匀混合，得到溶液C，置入85℃水浴锅水浴搅拌使其粘稠变黄，得到湿凝胶；

1-4：将湿凝胶置于鼓风干燥箱中，于105℃条件下缓慢水解、烘干4天，形成干凝胶，在420℃条件下去有机物、670℃退火，得到BiFe

2：将BiFe

2-1：将步骤1得到的BiFe

2-2：用坩埚盛放所述精细粉末B，置于马弗炉中700℃高温煅烧2个小时，得到棕黑色BiFe

2-3：用金属模具将所述粉末C压制成直径30mm,厚度介于2～3mm的圆柱状靶材，所用压强大小为25MPa；

2-4：将所述圆柱状靶材置于650℃马弗炉中快速退火8min，得到BiFe

3：用脉冲激光沉积法将块体靶材沉积在FTO衬底上，得到BiFe

3-1：将BiFe

3-2：当所述真空腔真空度达到5×10

3-3：设置真空室FTO衬底温度为680℃，所述FTO衬底用挡板遮住；

3-4：设置脉冲激光器的电压为19kV，频率为1Hz进行预打，时间据靶材实际表面情况而定；

3-5：设置脉冲激光器的能量为350mJ，频率4Hz，移开所述挡板，开始沉积，沉积时间1.5h，沉积结束通入0.8atm氧气，并原位保温1h后冷却至室温，制得BiFe

上述步骤中，沉积时间根据所需制备薄膜的厚度进行调节，薄膜生长速率为100nm/h左右；所述的FTO衬底属于导电玻璃，软化温度不低于700℃，导电层电导率在650℃附近与常温状态下下降率不高于50％。

实施例4

一种BiFe

1：采用溶胶凝胶法制备BiFe

1-1：将硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍按1:0.94:0.06物质的量之比进行准确称量，先后加入适量乙二醇中完全溶解得到溶液A；其中乙二醇根据硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍的溶解情况来确定其用量，其中硝酸铋的物质的量浓度不低于1mol/L。

1-2：将柠檬酸按照m

1-3：将溶液A缓缓加入溶液B中，充分均匀混合，得到溶液C，置入80℃水浴锅水浴搅拌使其粘稠变黄，得到湿凝胶；

1-4：将湿凝胶置于鼓风干燥箱中，于100℃条件下缓慢水解、烘干5天，形成干凝胶，在380-420℃条件下去有机物、650℃退火，得到BiFe

2：将BiFe

2-1：将步骤1得到的BiFe

2-2：用坩埚盛放所述精细粉末B，置于马弗炉中650℃高温煅烧2-个小时，得到棕黑色BiFe

2-3：用金属模具将所述粉末C压制成直径30mm,厚度介于2～3mm的圆柱状靶材，所用压强大小为25MPa；

2-4：将所述圆柱状靶材置于650℃马弗炉中快速退火8min，得到BiFe

3：用脉冲激光沉积法将块体靶材沉积在FTO衬底上，得到BiFe

3-1：将BiFe

3-2：当所述真空腔真空度达到5×10

3-3：设置真空室FTO衬底温度为650℃，所述FTO衬底用挡板遮住；

3-4：设置脉冲激光器的电压为19kV，频率为1Hz进行预打，时间据靶材实际表面情况而定；

3-5：设置脉冲激光器的能量为350mJ，频率4Hz，移开所述挡板，开始沉积，沉积时间1.5h，沉积结束通入0.8atm氧气，并原位保温1h后冷却至室温，制得BiFe

上述步骤中，沉积时间根据所需制备薄膜的厚度进行调节，薄膜生长速率为95-105nm/h；所述的FTO衬底属于导电玻璃，软化温度不低于700℃，导电层电导率在650℃附近与常温状态下下降率不高于50％。

实施例5

一种BiFe

1：采用溶胶凝胶法制备BiFe

1-1：将硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍按1:0.92:0.08物质的量之比进行准确称量，先后加入适量乙二醇中完全溶解得到溶液A；其中乙二醇根据硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍的溶解情况来确定其用量，其中硝酸铋的物质的量浓度不低于1mol/L。

1-2：将柠檬酸按照m

1-3：将溶液A缓缓加入溶液B中，充分均匀混合，得到溶液C，置入80℃水浴锅水浴搅拌使其粘稠变黄，得到湿凝胶；

1-4：将湿凝胶置于鼓风干燥箱中，于100℃条件下缓慢水解、烘干5天，形成干凝胶，在400℃条件下去有机物、650℃退火，得到BiFe

2：将BiFe

2-1：将步骤1得到的BiFe

2-2：用坩埚盛放所述精细粉末B，置于马弗炉中650℃高温煅烧2个小时，得到棕黑色BiFe

2-3：用金属模具将所述粉末C压制成直径30mm,厚度介于2～3mm的圆柱状靶材，所用压强大小为25MPa；

2-4：将所述圆柱状靶材置于650℃马弗炉中快速退火8min，得到BiFe

3：用脉冲激光沉积法将块体靶材沉积在FTO衬底上，得到BiFe

3-1：将BiFe

3-2：当所述真空腔真空度达到5×10

3-3：设置真空室FTO衬底温度为650℃，所述FTO衬底用挡板遮住；

3-4：设置脉冲激光器的电压为19kV，频率为1Hz进行预打，时间据靶材实际表面情况而定；

3-5：设置脉冲激光器的能量为350mJ，频率4Hz，移开所述挡板，开始沉积，沉积时间1.5h，沉积结束通入0.8atm氧气，并原位保温1-1.2h后冷却至室温，制得BiFe

上述步骤中，沉积时间根据所需制备薄膜的厚度进行调节，薄膜生长速率为100nm/h左右；所述的FTO衬底属于导电玻璃，软化温度不低于700℃，导电层电导率在650℃附近与常温状态下下降率不高于50％。

实施例6

一种BiFe

1：采用溶胶凝胶法制备BiFe

1-1：将硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍按1:0.9:0.1物质的量之比进行准确称量，先后加入适量乙二醇中完全溶解得到溶液A；其中乙二醇根据硝酸铋、硝酸铁、乙酸镍的溶解情况来确定其用量，其中硝酸铋的物质的量浓度不低于1mol/L。

1-2：将柠檬酸按照m

1-3：将溶液A缓缓加入溶液B中，充分均匀混合，得到溶液C，置入80℃水浴锅水浴搅拌使其粘稠变黄，得到湿凝胶；

1-4：将湿凝胶置于鼓风干燥箱中，于100℃条件下缓慢水解、烘干5天，形成干凝胶，在400℃条件下去有机物、650℃退火，得到BiFe

2：将BiFe

2-1：将步骤1得到的BiFe

2-2：用坩埚盛放所述精细粉末B，置于马弗炉中650℃高温煅烧2个小时，得到棕黑色BiFe

2-3：用金属模具将所述粉末C压制成直径30mm,厚度介于2～3mm的圆柱状靶材，所用压强大小为25MPa；

2-4：将所述圆柱状靶材置于650℃马弗炉中快速退火8min，得到BiFe

3：用脉冲激光沉积法将块体靶材沉积在FTO衬底上，得到BiFe

3-1：将BiFe

3-2：当所述真空腔真空度达到5×10

3-3：设置真空室FTO衬底温度为650℃，所述FTO衬底用挡板遮住；

3-4：设置脉冲激光器的电压为19kV，频率为1Hz进行预打，时间据靶材实际表面情况而定；

3-5：设置脉冲激光器的能量为350mJ，频率4Hz，移开所述挡板，开始沉积，沉积时间1.5h，沉积结束通入0.8atm氧气，并原位保温1-1.2h后冷却至室温，制得BiFe

上述步骤中，沉积时间根据所需制备薄膜的厚度进行调节，薄膜生长速率为95-105nm/h；所述的FTO衬底属于导电玻璃，软化温度不低于700℃，导电层电导率在650℃附近与常温状态下下降率不高于50％。