一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法，涉及铁酸铋薄膜技术领域，包括以下步骤：制备铁酸铋溶胶；使用匀胶机将溶胶均匀涂抹在经过预处理的Pt/Si(111)衬板上，随后放入300‑350℃的热板上烘烤5‑10min，将溶剂蒸发、干燥；复合CuSCN薄膜；复合PVP薄膜；重复上述步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)0‑5次；将上述Pt/Si(111)衬板送入微波加热炉中，氧气氛围下微波加热升温至555‑560℃，升温速度为20‑40℃/min，保温100‑250min空冷出炉，即可得到掺杂改性铁酸铋薄膜成品，本发明专利技术掺杂改性铁酸铋薄膜能够减少电池器件内阻的消耗，从而有效提高电池的光电转换效率。

A preparation method of doped bismuth ferrite film

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法
本专利技术涉及铁酸铋薄膜
，具体涉及一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法。
技术介绍
基于阻变效应的阻变存储器(RRAM)是目前最有竞争力的新一代非易失性存储器件候选之一，其基本结构是由上下电极和中间一层阻变材料形成的三明治结构，相比于其他存储器具有结构简单、读写速度快、存储密度高及延展性好等优点，从而受到人们的广泛关注。自从RRAM概念提出以来，国内外在材料探索和性能研究等方面均取得了较大进展，已经成为了一个新兴的热门领域。目前，已报道的具有阻变效应的材料种类非常多，但是作为未来存储器RRAM的存储单元材料，其性能指标仍然达不到使用要求。近年来，多铁性铁酸铋薄膜材料的阻变效应引起了人们的广泛关注，铁酸铋(BiFeO3，简称BFO)是唯一一种在室温下同时具有铁电性和反铁磁性的单相多铁材料，因其具有较大的剩余极化强度(95μC/cm2)、高的铁电居里温度(830℃)、相对高的反铁磁尼尔温度(约370℃)、较小的禁带宽度(2.3-2.7eV)和多铁特性，有望应用于铁电随机存储器、自旋电子器件、光电器件和多铁器件，如电控微波移相器、磁电存储单元和宽带磁场传感器。虽然BFO在理论上拥有较高的剩余极化强度，但由于在铁酸铋材料制备过程中，铋元素容易挥发以及部分Fe3+向Fe2+转变，产生较多的氧空位，使得其漏电流较大，难以极化，很难制备出具有较高剩余极化强度的样品，因此实际应用受到限制。为此，国内外学者采用改进铁酸铋薄膜的制备工艺、掺杂改性等手段来改善其结构与电性能。<br>Palkar和Pinto首次利用脉冲激光沉积法在室温下观察到Pt衬底上生长的BiFeO3薄膜的饱和电滞回线，但其饱和极化强度仅为2.2μC/cm2；Wang等人利用同样方法在SrTiO3衬底上外延生长了剩余极化强度达到55μC/cm2的BiFeO3薄膜，从而获得了室温下的强铁电性；Yun等人报道了Pt衬底上剩余极化强度为35.7μC/cm2的多晶BiFeO3薄膜，采用的仍然是脉冲激光沉积制备方法；而Singh等人则在Pt衬底上生长了剩余极化强度为50μC/cm2的BiFeO3薄膜，采用的化学溶液沉积法制备薄膜容易，所需设备简单，因此常用于实验室的薄膜材料研究。随着科技的深入发展，对薄膜性能的要求越来越高，BiFeO3薄膜本身存在的缺点也开始凸显，其中之一就是由于氧空位或者非化学计量比等缺陷而导致薄膜的漏电流偏大，使薄膜性能降低。因此，利用元素的掺杂改性来提高BiFeO3薄膜的多铁性能，成为人们广泛研究的焦点。申请公布号CN103938156A的专利公开了一种铕掺杂的铁酸铋薄膜，其包括以镍酸镧为缓冲层的硅衬底和组成式为Bi1-xEuxFeO3(0≤x≤0.07)的靶材，靶材沉积在衬底上。还公开了铕掺杂的铁酸铋薄膜的制备方法，清洗衬底，将靶材和衬底置于镀膜室内，调节压强5×10-4Pa以下，以每分钟10℃使衬底升温至700℃；调节使溅射气压为10Pa；在温度700℃、氧压10Pa下保持10分钟。调节使衬底反转，靶材正转；衬底和靶材的距离6cm。以脉冲激光器进行薄膜沉积60min，保温30min。以每分钟20℃的速度降温，至200℃取出得到铕掺杂的铁酸铋薄膜。其制备方法反应过程易于控制，原料易得，结晶性能、漏电性能明显得到改善，光学带隙变小，提高了BiFeO3薄膜的光伏性能，具有广泛的应用前景。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O加入到冰醋酸中，加热至70-80℃快速搅拌20-40min，降至室温加入乙二醇甲醚继续搅拌10-20min，再将Gd(NO3)3·6H2O用乙二醇溶解后滴加进入，继续搅拌10-20min后加入乙酰丙酮，加热至70-80℃搅拌反应5-8h后用乙二胺调节体系PH至5-6，自然冷却至室温静置5-10h，得到溶胶；(2)使用匀胶机将溶胶均匀涂抹在经过预处理的Pt/Si(111)衬板上，随后放入300-350℃的热板上烘烤5-10min，将溶剂蒸发、干燥；(3)将CuSO4·5H2O、Na2S2O3加入到去离子水中搅拌溶解后得到Cu2+前驱液，将NaSCN加入到去离子水中搅拌溶解后得到NaSCN溶液，将上述干燥过后的Pt/Si(111)衬板浸入Cu2+前驱液中10-20s，取出后沥干浸入NaSCN溶液中30-50s，取出，用去离子水漂洗后，丙酮漂洗，氮气吹干；(4)将PVP溶于无水乙醇中，得到PVP溶液，用匀胶机将PVP溶液均匀涂抹在上述Pt/Si(111)衬板上，置于烘箱50℃烘干；(5)重复上述步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)0-5次；(6)将上述Pt/Si(111)衬板送入微波加热炉中，氧气氛围下微波加热升温至555-560℃，升温速度为20-40℃/min，保温100-250min空冷出炉，即可得到掺杂改性铁酸铋薄膜成品。进一步地，Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O的物质的量比为1:1。进一步地，冰醋酸的质量浓度为6-12％。进一步地，Gd(NO3)3·6H2O与Bi(NO3)3·5H2O的物质的量比为1:10-20。进一步地，Pt/Si(111)衬板的预处理方法为：依次经过洗涤剂洗、水洗、丙酮洗、乙醇震荡清洗再用氮气吹干。进一步地，匀胶机转速为3000-4000rpm，涂抹时间为30s。进一步地，Cu2+前驱液中Cu2+浓度为0.008mol/L。进一步地，Cu2+前驱液中Cu2+浓度与S2O32-浓度的物质的量比为3:1。进一步地，NaSCN溶液中SCN-浓度为0.05mol/L。进一步地，微波加热炉中氧气压力为500Pa。(三)有益效果本专利技术提供了一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法，具有以下有益效果：目前BiFeO3薄膜的缺点之一就是由于氧空位或者非化学计量比等缺陷而导致薄膜的漏电流偏大，使薄膜性能降低，本专利技术中采用B位掺杂，用Gd3+取代Fe3+，可以有效减少氧空位浓度，使漏电流减少，而且Gd3+离子半径(0.0938nm)与Fe3+离子半径(0.0645nm)两者相差不大，具有较高的取代耐性，Gd3+掺杂对铁酸铋薄膜尺寸影响不大，另外，CuSCN作为优良的空穴传输材料对铁酸铋薄膜表面进行修饰可以优化界面结构，提高载流子的传输速率，改善铁酸铋薄膜光伏结构的性能，CuSCN、PVP复合利用有机、无机材料之间的的肖特基势垒高度差能够在一定程度上提高铁电薄膜的光伏特性，实验验证，经过Gd3+掺杂、CuSCN、PVP修饰后的铁酸铋薄膜其Voc提高了0.81V，FF提高了0.474，PCE提高了0.93％，漏电流减少了一个数量级，说明本专利技术掺杂改性铁酸铋薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将Bi(NO

【技术特征摘要】
1.一种掺杂改性铁酸铋薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O加入到冰醋酸中，加热至70-80℃快速搅拌20-40min，降至室温加入乙二醇甲醚继续搅拌10-20min，再将Gd(NO3)3·6H2O用乙二醇溶解后滴加进入，继续搅拌10-20min后加入乙酰丙酮，加热至70-80℃搅拌反应5-8h后用乙二胺调节体系PH至5-6，自然冷却至室温静置5-10h，得到溶胶；
(2)使用匀胶机将溶胶均匀涂抹在经过预处理的Pt/Si(111)衬板上，随后放入300-350℃的热板上烘烤5-10min，将溶剂蒸发、干燥；
(3)将CuSO4·5H2O、Na2S2O3加入到去离子水中搅拌溶解后得到Cu2+前驱液，将NaSCN加入到去离子水中搅拌溶解后得到NaSCN溶液，将上述干燥过后的Pt/Si(111)衬板浸入Cu2+前驱液中10-20s，取出后沥干浸入NaSCN溶液中30-50s，取出，用去离子水漂洗后，丙酮漂洗，氮气吹干；
(4)将PVP溶于无水乙醇中，得到PVP溶液，用匀胶机将PVP溶液均匀涂抹在上述Pt/Si(111)衬板上，置于烘箱50℃烘干；
(5)重复上述步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)0-5次；
(6)将上述Pt/Si(111)衬板送入微波加热炉中，氧气氛围下微波加热升温至555-560℃，升温速度为20-40℃/min，保温100-250min空冷出炉，即可得到掺杂改性铁酸铋薄膜成品。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，
申请(专利权)人：安徽勉以信网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34