一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜及其制备方法，所述复合薄膜包括依次层叠形成在基底上的镧钙锰氧薄膜层、镧锶锰氧薄膜层和钛酸锶铅薄膜层。本发明专利技术提供的复合薄膜具有表面粗糙度低、无微裂纹、性能稳定且同时具有良好铁磁性能、铁电性能及室温磁电容效应等优点，且可与半导体集成电路技术相兼容，适用性强；本发明专利技术提供的方法原料廉价、无毒，制备过程中无有毒气体排放，环境污染小；本发明专利技术制备工艺简单，无需特殊设备，有利于规模化生产。

Lanthanum, calcium, manganese, oxygen, lanthanum, strontium, manganese, oxygen, strontium titanate strontium lead composite film and preparation method thereof

The invention relates to a preparation method of la1-xcaxmno3 - lanthanum strontium manganese - Strontium lead titanate composite film and its preparation, the composite film includes sequentially formed on the substrate la1-xcaxmno3 thin film layer, LSMO film layer and strontium lead titanate thin film layer. The composite film provided by the invention has the advantages of low surface roughness, micro crack, stable performance and good magnetic properties, ferroelectric properties and magnetic capacitance effect, and can be compatible with the semiconductor integrated circuit technology, strong applicability; the invention provides a method for preparing cheap raw materials, non-toxic, non toxic the gas discharge process, less pollution to the environment; the invention has the advantages of simple preparation process, without special equipment, suitable for large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜及其制备方法，属于磁电复合材料

技术介绍
磁电复合材料是由铁磁材料与铁电材料组成，可产生磁电效应的一类重要功能材料。利用其电容或介电常数对外磁场的敏感性(磁电容效应)，可为传统器件设计提供一个额外的自由度，用于研制磁场传感器、介电驱动器、自旋-电荷转换器和可调滤波器件等，在微波通信、信息、计算机、航空航天等领域有着潜在的重要应用前景。Chaudhuri等人(JournalofAppliedPhysics106,054103(2009))在(100)取向LaAlO3单晶基片上实现了(100)取向La0.7Sr0.3MnO3/0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMN-PT)薄膜的生长，在175～190K之间磁电容达到最大值(MC＝1.5％)，而300K磁电容小于0.2％。Singh等人(AppliedPhysicsLetter87,022505(2005)、AppliedPhysicsLetter87,012903(2006))制备了SrTiO3/La0.7Ca0.3MnO3/Ba1-xSrxTiO3超晶格异质薄膜体系，其中，La0.7Ca0.3MnO3/BaTiO3的磁电容最为显著，在100K磁电阻和磁电容均达最大值，分别为30％和17％(@5T)，在150K温度以上，磁电容效应消失。Zhang等人(JournalofPhysicsD:AppliedPhysics42,055309(2009))生长了La0.05Tb0.95MnO3/La0.67Sr0.33MnO3/SrTiO3异质薄膜，在175K～300K较宽的温度范围内观测到了磁电容效应，200K附近磁电容达到最大值(～11.17％)，300K左右基本接近于零。可以看出，磁电复合薄膜很难在室温附近观测到稳定的较大磁电容效应。这不仅给开展相关基本科学问题的研究带来了困难，而且也大大限制了磁电容效应应用的可能性。目前，在该领域较佳的结果为Chen等人(CN102179967B、AppliedPhysicsLetters98,052910(2011))在Si基底上制备了PbxSr1-xTiO3/LaxSr1-xMnO3复合薄膜，在室温(T＝300K，H＝3T，f＝50kHz)下，观测到了2％的磁电容效应。
技术实现思路
本专利技术提供了一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜，所述复合薄膜包括依次层叠形成在基底上的镧钙锰氧薄膜层、镧锶锰氧薄膜层和钛酸锶铅薄膜层。本专利技术采用了镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅这种由下而上的层状薄膜复合结构，这种结构的复合薄膜制备工艺更容易控制，同时电阻率很高的铁电层能够完全阻断磁性膜层，使得材料整体漏电流较小。另外，通过引入具有巨磁电阻效应的镧钙锰氧层，使得复合薄膜在室温下的磁电阻效应得到提高，从而改善了复合薄膜的室温磁电容效应。这对于解决目前国际上无法在室温附近较宽温度范围内获得磁电容效应这一难题有促进作用，并且对于器件的多功能化和实用化发展具有积极的意义。本专利技术中，所述钛酸锶铅薄膜层的化学组成为PbxSr(1-x)TiO3，其中，0.4≤x≤0.7，所述钛酸锶铅薄膜层厚度为100-500nm，优选250nm。本专利技术中，所述镧锶锰氧薄膜层的化学组成为La0.7Sr0.3MnO3，所述镧锶锰氧薄膜层的厚度为50-300nm，优选100nm。本专利技术中，所述镧钙锰氧薄膜层的化学组成为La0.7Ca0.3MnO3，所述镧钙锰氧薄膜层，厚度为50-300nm，优选100nm。本专利技术中，所述基底层为单晶片，优选为Si、LaAlO3、SrTiO3、MgO或YIG单晶片。本专利技术还提供了一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括：制备镧钙锰氧前驱体溶液、镧锶锰氧前驱体溶液以及钛酸锶铅前驱体溶液；将制得的镧钙锰氧前驱体溶液滴加到经过预处理且高速旋转的基底上，得到镧钙锰氧凝胶膜，将其置入退火炉中进行分段热处理，得到镧钙锰氧薄膜；将所得镧锶锰氧前驱体溶液滴加到高速旋转的镧钙锰氧薄膜上，得到镧锶锰氧凝胶膜，将其置入退火炉中进行分段热处理，即得到镧钙锰氧-镧锶锰氧复合薄膜；将所得钛酸锶铅前驱体溶液滴加到高速旋转的镧钙锰氧-镧锶锰氧复合薄膜上，得到钛酸锶铅凝胶膜，将其置入退火炉中进行分段热处理，最终得到镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜。较佳地，所述镧锶锰氧前驱体溶液、钛酸锶铅前驱体溶液和/或镧钙锰氧前驱体溶液的摩尔浓度为0.1～0.4mol/L。较佳地，所述高速旋转是指转速为3000～6000转/分。较佳地，所述分段热处理是指：先在150～200℃下，保温2～4分钟；再在340～440℃下，热解3～30分钟；最后在600～800℃下，退火3～60分钟。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的复合薄膜具有表面粗糙度低、无微裂纹、性能稳定且同时具有良好铁磁性能、铁电性能及室温磁电容效应等优点，且可与半导体集成电路技术相兼容，适用性强；本专利技术提供的方法，所用溶质为乙酸镧、乙酸钙、乙酸锰、硝酸铁，溶质为乙酸、水和乙酰丙酮，原料廉价、无毒，制备过程中无有毒气体排放，环境污染小；本专利技术制备工艺简单，无需特殊设备，有利于规模化生产。附图说明图1是本专利技术所制备镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜结构图；图2是实施案例中在单晶Si基底上生长的Si/LCMO薄膜及Si/LCMO/LSMO复合薄膜的热磁曲线；图3是实施案例中在单晶Si基底上生长的Si/LCMO薄膜及Si/LCMO/LSMO复合薄膜的磁化强度对温度的微分曲线；图4是实施案例中在单晶Si上生长的Si/LCMO薄膜的电阻率和磁电阻随温度的变化曲线；图5是实施案例中在单晶Si上生长的Si/LCMO/LSMO复合薄膜的电阻率和磁电阻随温度的变化曲线；图6是实施案例中在单晶Si上生长的Si/LCMO/LSMO/PST复合薄膜的介电频谱；图7是实施案例中在单晶Si上生长的Si/LCMO/LSMO/PST复合薄膜的磁电容随频率的变化曲线；图8是实施案例中在单晶Si上生长的Si/LCMO/LSMO/PST复合薄膜的介电温谱；图9是实施案例中在单晶Si上生长的Si/LCMO/LSMO/PST复合薄膜的磁电容随温度的变化曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种均匀性好、无微裂纹、性能稳定且同时具有良好铁磁性能、介电性能及室温磁电容效应的镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜，为磁电材料领域增添一类新品种。本专利技术提供了一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜，所述复合薄膜可为层状结构(如图1所示)，可由依次层叠形成在基底层(衬底)上的镧钙锰氧薄膜层(LCMO薄膜)、镧锶锰氧薄膜层(LSMO薄膜)及钛酸锶薄膜铅层(PST薄膜)由下至上层叠而成。所述基底层可选用单晶片，可选但不仅限于Si、LaAlO3、SrTiO3、MgO或YIG单晶片中的一种。所述镧钙锰氧层薄膜、镧锶锰氧层薄膜和钛酸锶铅层薄膜的化学组成分别为La0.7Ca0.3MnO3、La0.7Sr0.3MnO3和PbxSr1-xTiO3(0.4≤x≤0.7)，厚度分别为100nm、100nm、250nm。本专利技术中，钛酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镧钙锰氧‑镧锶锰氧‑钛酸锶铅复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜包括依次层叠形成在基底上的镧钙锰氧薄膜层、镧锶锰氧薄膜层和钛酸锶铅薄膜层。

【技术特征摘要】
1.一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜包括依次层叠形成在基底上的镧钙锰氧薄膜层、镧锶锰氧薄膜层和钛酸锶铅薄膜层。2.根据权利要求1所述的镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜，其特征在于，所述钛酸锶铅薄膜层的化学组成为PbxSr(1-x)TiO3，其中，0.4≤x≤0.7，厚度为100～500nm，优选250nm。3.根据权利要求1或2所述的镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜，其特征在于，所述镧锶锰氧薄膜层的化学组成为La0.7Sr0.3MnO3，厚度为50～300nm，优选100nm。4.根据权利要求1～3中任一项所述的镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜，其特征在于，所述镧钙锰氧薄膜层的化学组成为La0.7Ca0.3MnO3，厚度为50～300，优选100nm。5.根据权利要求1～4中任一项所述的镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜，其特征在于，所述基底为单晶片，优选为Si、LaAlO3、SrTiO3、MgO或YIG单晶片。6.一种镧钙锰氧-镧锶锰氧-钛酸锶铅复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括：制备镧钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：董显林，薛粉，陈莹，王根水，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31