制備四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的方法技術

本發明專利技術公開了一種制備四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的方法。具體步驟為：在（001）LaAlO3單晶襯底上，先沉積一層NdAlO3薄膜作為緩沖層，然后沉積BiFeO3薄膜從而制備出單相的四方相結構的BiFeO3。本發明專利技術有效的克服了LaAlO3等襯底與四方相BiFeO3的晶格失配導致的晶格弛豫引起的相分離，能夠制備出單相的四方相BiFeO3薄膜。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種制備四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的工藝，屬于無機納米材料合成的

技術介紹
當今社會是信息爆炸的社會，更低能耗、更高速度和更高密度的信息存儲變得日益重要。對于磁性存儲器，需要通過較大的電流來改變鐵磁層磁矩取向，增加了器件結構的復雜性和操作過程中的能耗，并影響了存儲密度的提高。鐵電性(反鐵電性)，鐵磁性(反鐵磁性，亞鐵磁性)等鐵性同時共存于多鐵性材料中，將實現電和磁之間的相互調控，從而在自旋電子學中具有重要的應用。通過外加電場而不是電流來調控磁矩，將極大的降低能耗。 BiFeO3具有高于室溫的鐵電居里點Γ1100Κ)和反鐵磁奈爾點Γ640Κ)，因而在多鐵性材料中備受關注。BiFeO3具有非常優異的鐵電性能(外延的單晶薄膜和塊體的飽和電極化強度達60 μ C/cm2)，其磁性為G類型的反鐵磁結構，相鄰的反平行排列的Fe離子的磁矩間存在微小的傾角，同時磁矩還有周期為大約62nm的螺旋結構。BiFeO3薄膜具有多種晶體結構，其中在LaAlO3襯底上可以得到四方相的結構，四方相BiFeO3由于具有大的c/a晶格常數比，因而被認為具有更大的電極化強度。但是由于四方相BiFeO3與LaAlOdf底晶格常數的失配，在厚度大于40nm，BiFeO3薄膜將無法保持單相的四方相結構。
技術實現思路
技術問題本專利技術的目的是提供一種制備四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的方法，該方法通過利用NdAlO3作為緩沖層，通過緩沖層在(001 )LaA103襯底上的晶格弛豫，最大程度的匹配四方相BiFeO3的晶格常數，從而在更大的厚度范圍制備了單相的四方相BiFeOj^膜。技術方案本專利技術的一種制備四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的方法包括以下步驟I)、在(001) LaAlO3襯底上利用脈沖激光沉積方法先生長一層NdAlO3緩沖層；2)、在NdAlO3緩沖層上再繼續利用脈沖激光沉積方法生長BiFeO3薄膜，即可得到四方相結構的BiFeO3薄膜。所述的生長NdA103、BiFeO3薄膜，還能采用磁控濺射、分子束外延薄膜制備工藝。調整脈沖激光能量和脈沖數，磁控濺射的功率和薄膜沉積時間的薄膜制備工藝的參數，調整緩沖層NdAlO3的厚度，制備更大厚度的單相四方相BiFe03。本專利技術首先在(OOl)LaAlO3襯底上沉積一層NdAlO3作為緩沖層，由于NdAlO3的晶格常數3.747 A,小于LaAlO3的晶格常數3.789 A。調整NdAlO3緩沖層的厚度，通過晶格弛豫，從而可以調整NdAlO3的晶格常數。四方相BiFeO3的晶格常數介于LaAlO3和NdAlO3的晶格常數之間，通過NdAlO3緩沖層的厚度的調整，可以最大限度的匹配NdAlO3和四方相BiFeO3的晶格常數。有益效果相對于其它昂貴的襯底，本工藝具有方法簡單，價格便宜，晶格常數有更大的調整彈性，能獲得更大厚度的單相的四方相BiFeO3薄膜，具有較強的推廣與應用價值。(I)利用緩沖層而不是特殊的晶體基片，工藝簡單，易于操作，且價格低廉。(2)利用緩沖層在不同厚度下的晶格弛豫，可以最大程度的匹配緩沖層與四方相BiFeO3的晶格常數，能在更大的厚度范圍獲得單相的四方相結構。附圖說明 圖1為利用脈沖激光沉積技術，在(OOl)LaAlO3襯底上先沉積一層NdAlOJ^沖層，然后在其上沉積一層160nm厚的BiFeO3薄膜的XRD圖。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定專利技術。本專利技術的目的在于提供一種四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的制備工藝,該制備方法首先在(OOl)LaAlO3襯底上先制備一層NdAlO3緩沖層，在NdAlO3緩沖層上沉積BiFeO3薄膜即可得到更大厚度范圍的單相四方相的BiFeO3薄膜。在本專利技術實施例中，薄膜的沉積可以采用脈沖激光沉積技術，磁控濺射，分子束外延技術等各種不同的薄膜制備工藝。在本專利技術實施例中，NdAlO3緩沖層的厚度可以通過改變薄膜制備工藝參數進行調整，氧化物薄膜的制備可以在不同的襯底溫度，不同的氧氣分壓等條件下制備，并在不同的氧氣分壓下退火處理。下面結合附圖及具體實施例對本專利技術的應用原理作進一步描述。I)、首先利用脈沖激光沉積技術，在(001) LaAlO3襯底上先沉積一層NdAlO3緩沖層，選擇激光能量300mJ，頻率5Hz，脈沖數1000，襯底溫度880° C，氧氣分壓10Pa，靶基距5cm ； 2)、然后繼續利用脈沖激光沉積技術，在NdAlO3緩沖層上生長BiFeO3薄膜，選擇激光能量300mJ，頻率IOHz，脈沖數2000，襯底溫度750° C，氧氣分壓7Pa，靶基距5cm ；3)、所得薄膜樣品在襯底溫度550° C，氧氣分壓I個大氣壓下保溫半小時，然后自然降溫。所得BiFeO3薄膜厚度大約160nm，其結構見圖1所示的XRD圖，從圖上我們可以看出BiFeO3薄膜表現出單相的四方相結構。本專利技術實例提供了一種四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的制備工藝，該工藝通過在(001) LaAlO3單晶襯底上先沉積一層NdAlO3薄膜作為緩沖層從而制備出單相的四方相BiFeO3薄膜。薄膜的制備可以通過脈沖激光沉積，磁控濺射，分子束外延等各種薄膜制備技術，并可以調整襯底溫度，氧氣氣壓等各種參數進一步改進薄膜的晶體結構。NdAlOd^沖層的厚度可以通過改變薄膜制備工藝參數的調整，例如脈沖激光沉積的激光能量與脈沖數，磁控濺射的時間和能量等，利用緩沖層在不同厚度下的晶格弛豫，可以最大程度的匹配緩沖層與四方相BiFeO3的晶格常數，能在更大的厚度范圍獲得單相的四方相結構。本工藝利用緩沖層而不是特殊的單晶基片，工藝簡單，易于操作，且價格低廉，能在更大的厚度范圍獲得單相的四方相結構的BiFeO3，實用性強，具有較強的推廣與應用價值。以上所述僅為本專利技術的較佳實施例而已，并不用以限制本專利技術，凡在本專利技術的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：1）、在（001）LaAlO3襯底上利用脈沖激光沉積方法先生長一層NdAlO3緩沖層；2）、在NdAlO3緩沖層上再繼續利用脈沖激光沉積方法生長BiFeO3薄膜，即可得到四方相結構的BiFeO3薄膜。

【技術特征摘要】
1.一種制備四方相室溫多鐵性材料BiFeO3的方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)、在(001)LaAlO3襯底上利用脈沖激光沉積方法先生長一層NdAlO3緩沖層；2)、在NdAlO3緩沖層上再繼續利用脈沖激光沉積方法生長BiFeO3薄膜，即可得到四方相結構的BiFeO3薄膜。2.根據權利要求1所述的一種制備四方相室溫多鐵性材料Bi...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐慶宇，袁學勇，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：