一种GdSrMnCo共掺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GdSrMnCo共掺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Gd浓度掺杂铁酸铋薄膜制备出Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3/Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3超晶格薄膜，即GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜。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。

GdSrMnCo Co doped bismuth ferrite superlattice film and preparation method thereof

The invention provides a GdSrMnCo Co doped bismuth ferrite superlattice film and its preparation method, crystal structure for the three party structure, space group Gd - doped bismuth ferrite thin films R3c:H and R3m:R coexist to prepare Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3/ Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3 superlattice films, namely GdSrMnCo Co doped bismuth ferrite thin film superlattices. The invention adopts the sol-gel process, and the spin coated layers and annealing method, simple equipment, suitable for the surface film preparation in large surface and irregular shape, and the chemical components of the precise control, which can improve the performance of multiferroic BiFeO3 thin films.

【技术实现步骤摘要】
一种GdSrMnCo共掺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，涉及在功能化的FTO/glass基板表面制备GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜，具体为Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3/Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3超晶格薄膜。
技术介绍
多铁性材料是指同时具有铁电性(反铁电性)、铁磁性(反铁磁性)和铁弹性(反铁弹性)中两种或以上性质的材料。在这类功能材料中，不仅具有上述一些性质，并且各性质之间可以相互耦合、相互调控，产生出单一铁电性或铁磁性材料所没有的性质，比如磁电耦合效应。这种特有的性质使多铁性材料在磁电存储器、自旋电子器件、磁电控制器件等方面具有广泛的应用前景。在所有的多铁性材料中，BiFeO3作为目前几乎唯一种在室温下同时具有铁电性和铁磁性的材料，引起了人们的广泛关注。相比于其他多铁性材料，它具有较高的铁电转变温度(TC～1100K)和反铁磁转变温度(TN～640K)。然而，作为研究最早的多铁材料，较大的漏电流、矫顽场和微弱的铁磁性是BiFeO3至今仍没有进入实际应用的主要障碍。通过离子掺杂可以有效的提高薄膜的铁电、铁磁性能。另外，可以通过将现有的一些功能材料通过界面工程将其组合起来，制备出一些异质结或者超晶格结构。超晶格是将两种或两种以上不同材料按照特定的迭代序列，沉积在衬底上而构成的。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。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。目前，还没有关于Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3/Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3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GdSrMnCo共掺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GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜为Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3/Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3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GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜，所述GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜为由若干层相互间隔排列的晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜和晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜依次叠加构成。所述晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜的结构为三方结构，空间群为体积分数68.22％的R3c:H和体积分数31.78％的R3m:R共存；晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜的结构为三方结构，空间群为体积分数22.7％的R3c:H和体积分数77.3％的R3m:R共存。所述晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜和晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜的层数分别为5～10层，每层晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜和晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜的厚度为30～40nm。所述的GdSrMnCo共掺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0.96:0.06:0.03:0.94:0.04:0.02(硝酸铋过量5％)将硝酸铋、硝酸钆、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸钴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0.93:0.09:0.03:0.94:0.04:0.02(硝酸铋过量5％)将硝酸铋、硝酸钆、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸钴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Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3湿膜，湿膜经匀胶后在190～210℃下烘烤得干膜，再于540～550℃下在空气中退火，得到晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜；步骤3：将晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜冷却至室温，在其表面旋涂前驱液B，得到Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3湿膜，湿膜经匀胶后在190～210℃下烘烤得干膜，再于540～550℃下在空气中退火，即在晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜上制备出晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜；步骤4：重复步骤2和步骤3，即在晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜上制备出晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜，再在晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜上制备出晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜，如此循环直到达到所需厚度，即得到GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜。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0.2～0.4mol/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(2.5～3.5):1。所述步骤2进行前先将FTO/glass基片清洗干净，然后在紫外光下照射，使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3600～4200r/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6～9min。所述步骤2和步骤3中的退火时间为6～10min。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GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜的制备方法，以硝酸铋、硝酸钆、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸钴为原料，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，得到两种Gd浓度不同的稳定的前驱液A和前驱液B；先用前驱液A在基板上进行旋涂，退火制备出一层晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜，在此薄膜的基础上再用前驱液B进行旋涂，退火制备出第二层晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜，如此类推，重复旋涂前驱液A和前驱液B并层层退火，交替制备出晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜，其特征在于，所述GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜由若干层相互间隔排列的晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜和晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜依次叠加构成。

【技术特征摘要】
1.一种GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜，其特征在于，所述GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜由若干层相互间隔排列的晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜和晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜依次叠加构成。2.根据权利要求1所述的GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜，其特征在于，所述晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜的结构为三方结构，空间群为体积分数68.22％的R3c:H和体积分数31.78％的R3m:R共存；晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜的结构为三方结构，空间群为体积分数22.7％的R3c:H和体积分数77.3％的R3m:R共存。3.根据权利要求1所述的GdSrMnCo共掺铁酸铋超晶格薄膜，其特征在于，所述晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜和晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜的层数分别为5～10层，每层晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜和晶态Bi0.88Gd0.09Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3薄膜的厚度为30～40nm。4.权利要求1-3中任意一项所述的GdSrMnCo共掺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0.96:0.06:0.03:0.94:0.04:0.02将硝酸铋、硝酸钆、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸钴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0.93:0.09:0.03:0.94:0.04:0.02将硝酸铋、硝酸钆、硝酸锶、硝酸铁、醋酸锰和硝酸钴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Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94Mn0.04Co0.02O3湿膜，湿膜经匀胶后在190～210℃下烘烤得干膜，再于540～550℃下在空气中退火，得到晶态Bi0.91Gd0.06Sr0.03Fe0.94M...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈国强，柴正军，乐忠威，薛敏涛，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