一种HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜及其制备方法，用晶体结构为三方结构，空间群为R3c:H和R3m:R共存的不同元素掺杂的铁酸铋薄膜制备出Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3/Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3超晶格薄膜，即HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜。本发明专利技术采用溶胶凝胶工艺，并采用旋涂和层层退火法，设备要求简单，适宜在大的表面和形状不规则的表面上制备薄膜，且化学组分精确可控，可改善BiFeO3薄膜的多铁性能。

【技术实现步骤摘要】
一种HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜及其制备方法
本专利技术属于功能材料领域，涉及在功能化FTO/glass基板表面制备HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜，具体为Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3/Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3超晶格薄膜。
技术介绍
BiFeO3是少数的单相多铁材料之一，具有扭曲的钙钛矿结构(属于R3c点群)，由立方结构沿(111)方向拉伸而形成的一种偏离理想钙钛矿结构的斜六方结构，在室温下同时具有铁电有序和反铁磁有序，由于具有较高的铁电相变温度(Tc＝1103K)和磁相变温度(TN＝643K)，在磁电传感器，自旋电子器件，存储器等方面有广泛的应用前景而得到关注。但是，BiFeO3主要存在着以下几方面的问题，如漏电流大、剩余极化小、磁性弱、磁电耦合效应弱等，极大程度上限制了它的应用。超晶格是由两种或多种不同材料在一个维度上层状排列而成的周期结构，其周期必须小于电子的平均自由程，每一层的厚度只有几纳米或几十纳米，基本上是原子间距的量级，层数由几层至几百层。目前研究比较多的一维ABO3型的钛矿氧化物超晶格有铁电/(反)铁电、铁电/介电、以及(反)铁磁/(反)铁磁等超晶格。其中调制掺杂超晶格是在同种材料中有规则地掺入不同浓度的杂质，在界面处由于费米能级的不同，会产生电荷迁移，能带发生弯曲；可以通过改变超晶格薄膜的界面化学环境来控制界面结构，可以显著提高界面的电学性质。通过利用超晶格薄膜的应力或应变、层间耦合等物理效应，可得到高性能或单一结构材料不具有的多铁性能。超晶格不仅能够增强其单个组元所具有的性质，还可以实现单个组元不具有的性质。从对称性的角度看，即使各个组元都是中心对称的，但由于界面两侧是不同的材料组元，也能够提供空间反演对称性破缺条件，并且，界面处的应变又可以提供或者增强铁电序。在超晶格中，通过控制周期和组元厚度，可以控制组元和组元之间界面处的应变等参数，从而调控微观结构和宏观性质，实现性质增强或性质突变。设计和制备不同厚度、不同周期长度和周期数的钙钛矿氧化物单层外延薄膜和超晶格，是系统地研究应变的可控性以及这种可控性对外延薄膜和超晶格宏观性质的影响规律，最终寻找具有优异的电、磁性质的人工微结构材料的有效途径之一。目前，还没有关于Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3/Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3超晶格薄膜及其制备方法的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜及其制备方法，该方法设备要求简单，实验条件容易达到，掺杂量容易控制，制得的HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜为Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3/Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3超晶格薄膜，可改善BiFeO3基薄膜的多铁性能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜，所述HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜由若干层相互间隔排列的晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜和晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜依次叠加构成。所述晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜为扭曲的菱方钙钛矿结构，三方相R3m:R和R3c:H空间点群共存；晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜为扭曲的菱方钙钛矿结构，三方相R3m:R和R3c:H空间点群共存。所述晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜和晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜的层数分别为5～10层，每层晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜和晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜的厚度为30～40nm。HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜的总厚度为440～550nm。所述的HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：按摩尔比为0.94:0.08:0.03:0.94:0.03:0.03将硝酸铋、硝酸钬、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸锌溶于乙二醇甲醚和醋酸酐的混合溶液中，得到前驱液A；按摩尔比为0.94:0.08:0.03:0.93:0.03:0.04将硝酸铋、硝酸钬、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸锌溶于乙二醇甲醚和醋酸酐的混合溶液中，得到前驱液B；步骤2：将前驱液A旋涂在FTO/glass基片上，得到Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3湿膜，湿膜经匀胶后在190～220℃下烘烤得干膜，再于540～560℃下在空气中退火，得到晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜；步骤3：将晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜冷却至室温，在其表面旋涂前驱液B，得到Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3湿膜，湿膜经匀胶后在190～220℃下烘烤得干膜，再于540～560℃下在空气中退火，即在晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜上制备出晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜；步骤4：重复步骤2和步骤3，即在晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜上制备出晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜，再在晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜上制备出晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜，如此循环直到达到所需厚度，即得到HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜。所述步骤1中前驱液A和前驱液B中金属离子的总浓度为0.1～0.5mol/L。所述前驱液A和前驱液B中乙二醇甲醚和醋酸酐的体积比为(1～5):1。所述步骤2进行前先将FTO/glass基片清洗干净，再在紫外光下照射，直至FTO/glass基片表面达到原子清洁度。所述步骤2和步骤3中匀胶时的匀胶转速为3800～4200r/min，匀胶时间为12～18s。所述步骤2和步骤3中匀胶后的烘烤时间为7～10min。所述步骤2和步骤3中的退火时间为8～10min。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜的制备方法，以硝酸铋、硝酸钬、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸锌为原料，按一定的摩尔比分别溶于乙二醇甲醚和醋酸酐的混合溶液中，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜，其特征在于，所述HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜由若干层相互间隔排列的晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜和晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜依次叠加构成。

【技术特征摘要】
1.一种HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜，其特征在于，所述HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜由若干层相互间隔排列的晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜和晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜依次叠加构成。2.根据权利要求1所述的HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜，其特征在于，所述晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜为扭曲的菱方钙钛矿结构，三方相R3m:R和R3c:H空间点群共存；晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜为扭曲的菱方钙钛矿结构，三方相R3m:R和R3c:H空间点群共存。3.根据权利要求1所述的HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜，其特征在于，所述晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜和晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜的层数分别为5～10层，每层晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜和晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.93Mn0.03Zn0.04O3薄膜的厚度为30～40nm。4.权利要求1-3中任意一项所述的HoSrMnZn共掺三方铁酸铋超晶格薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按摩尔比为0.94:0.08:0.03:0.94:0.03:0.03将硝酸铋、硝酸钬、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸锌溶于乙二醇甲醚和醋酸酐的混合溶液中，得到前驱液A；按摩尔比为0.94:0.08:0.03:0.93:0.03:0.04将硝酸铋、硝酸钬、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸锌溶于乙二醇甲醚和醋酸酐的混合溶液中，得到前驱液B；步骤2：将前驱液A旋涂在FTO/glass基片上，得到Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3湿膜，湿膜经匀胶后在190～220℃下烘烤得干膜，再于540～560℃下在空气中退火，得到晶态Bi0.89Ho0.08Sr0.03Fe0.94Mn0.03Zn0.03O3薄膜；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈国强，郭美佑，杨玮，刘云，任慧君，夏傲，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61