本发明专利技术公开了一种具有自极化效应的铌镁酸铅－钛酸铅铁电薄膜材料的制备方法，该方法是采用化学溶液沉积法：溶液由醋酸铅、醋酸镁、乙醇铌、正丁醇钛、乙二醇甲醚和乙酰丙酮组成，配制成０．１－０．３Ｍ的前驱体溶液；采用旋转镀膜方式得到凝胶膜，然后在快速退火中分段进行热处理，形成薄膜材料；重复该过程，直至得到理想厚度的薄膜材料。本发明专利技术的优点是：整个工艺过程操作简便、成本较低、可制备大面积均匀薄膜。采用本发明专利技术方法在ＬａＮｉＯ↓［３］／Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ↓［２］／Ｓｉ基片上得到的薄膜，经测量不施加偏场时的热释电系数可达１．６×１０↑［－８］Ｃｃｍ↑［－２］Ｋ↑［－１］。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铁电薄膜材料，特别是一种具有自极化效应的铌镁酸铅-钛 酸铅弛豫铁电薄膜材料的制备方法。
技术介绍
由于单片集成式铁电薄膜探测器比混成式铁电陶瓷探测器具有更高的探测率和更低的热串音，引起国际上对这种探测器广泛深入的研究。2001年 Raytheon-TI系统公司成功制备了基于锆钛酸铅(PZT)薄膜的单片集成式320 X240焦平面探测器，并实现了室温成像。然而到目前为止，还没有商业化的铁电薄膜焦平面列阵 出现。原因何在？主要是铁电薄膜焦平面列阵器件的均匀性和稳定性问题还没 有得到实质性解决，因此大大降低了器件的可靠性，阻碍了其商业化进程。解 决焦平面均匀性和稳定性问题的一个有效途径就是研制具有自极化效应的铁电 薄膜材料。自极化现象表现为，不经 过任何预极化处理(包括直流和交流电场处理)铁电薄膜就能表现出良好的热 释电特性。基于铁电材料的红外焦平面列阵器件，在实用前一般需要对灵敏元 进行极化处理。但是对于大面积焦平面列阵器件，均匀地极化每一个灵敏元是 及其困难的，同时极化后的灵敏元稳定性也不太好。而具有自极化效应的铁电 薄膜不需要极化处理，均匀性大大提高，而且稳定性也非常好。科研人员已经在锆钛酸铅(PZT)和铌镁酸铅(PMN)薄膜中发现了自极化效应。然而，这些薄膜所表现的自极化效应不足够强，自发的热释电效应有待提高， 距离焦平面列阵的需求还有一定距离。因此研制具有高自发热释电效应的铁电 薄膜材料成为研制高性能铁电薄膜红外焦平面器件的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提出一种具有高自发热释电效应的铌镁酸铅(P丽)-钛酸铅(PT)弛豫铁电薄膜的制备方法,为研制性能稳定、均匀的大面积红外焦 平面列阵器件提供核心材料。本专利技术采用一种工艺简便的化学溶液方法生长PMN-PT弛豫铁电薄膜，该方 法生长的薄膜表现出自极化效应和自发的热释电特性。P丽-PT弛豫铁电薄膜的制备过程为1.前驱体溶液的配制溶剂为乙二醇甲醚(CH3OCH2CH2OH),稳定剂为乙酰丙酮 (CH3CH2COCH2CH3)。溶质为三水合醋酸铅(Pb(CH3COO) 2。 3H20)、乙醇铌(Nb(CH3CH20)2)、醋 酸镁 (Mg(CH3COO)2 )、 正丁醇钛 (Ti(CH3CH2CH2CH20),按 xPbMg2/3Nb^Orl-xPbTiO3(x-0.92-0.65)的化学计量比配制。0.01-0.02摩尔醋酸铅加入0. 2-0. 5毫升的乙酰丙酮。配制的程序是§A按化学计量比称取醋酸铅和醋酸镁放入盛有乙二醇甲醚的烧瓶中，加 热溶解后，在100-120 °C下回流1个小时，然后在125°C下蒸馏出水及杂物。 §B待其冷却到室温后，在氮气气氛下，按照前面提到的化学计量比加入钛和铌的醇盐和稳定剂乙酰丙酮，然后在100-120 。C下回流l小时。最后通过加入或蒸发溶剂得到浓度为0. l—O. 3M的前驱体溶液。 2.薄膜材料的制备§ A成膜采用旋转-镇膜方式，将上述配制好的前驱体溶液通过0. 2,的微孔 过滤器过滤，而后将其滴到高速旋转的基片上，基片转速为3000-6000转/分钟， 并保持20到30秒，溶剂迅速挥发得到凝胶膜。§ 2然后将带凝胶膜的基片置于退火炉中分段进行热处理，即在180-200 °C 下加热2到3分钟，再升温至350-450 。C热解3到5分钟，最后在650-750 °C 高温下退火3到5分钟。重复上述过程，直至得到所需厚度的PMN-PT弛豫铁电 薄膜材料。再利用溅射技术在薄膜表面生长Pt作为上电极。所说的基片为Pt/Ti/Si02/Si(100)或LaNi03/ Pt/Ti/Si02/Si(100)， Si02/Si(100)上的Pt/Ti或LaNi03/ Pt/Ti作为下电极层。本专利技术方法制备的PMN-PT弛豫铁电薄膜材料具有如下的优点(a) 整个工艺过程操作简便、成本较低、可制备大面积均匀薄膜。(b) 配制的前驱体溶液性能稳定，可以长期保存(2年以上)。(c) 本专利技术方法制备的PMN-PT弛豫薄膜材料具有高的自发热释电系 数和较低的介电损耗，可用于研制高探测率的大面积红外焦平面列阵 器件。(d) 本专利技术中高自发热释电效应的起源主要有两点不对称电极材料 和PMN-PT薄膜中纳米极化畴结构。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。图2为本专利技术的PMN-PT弛豫铁电薄膜材料的热释电系数随极化电场的变 化曲线。 具体实施例方式下面通过最佳实施例和附图对本专利技术作详细说明0.7 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3化学计量比配比的前驱体溶液的制备 分别称取0.0106摩尔的醋酸铅和0.00233摩尔的醋酸镁于一 100 ml烧瓶中, 加入60 ml乙二醇甲醚，然后在10(TC下加热使之溶解。在125。C下蒸馏出部 分馏分。冷却至室温后，加入正丁醇钛0.003摩尔和乙醇铌0.00466摩尔和乙酰 丙酮0.6 ml。在100 QC下回流1小时。最后将得到的前驱体溶液通过0.2jiim的 微孔过滤器过滤，并通过蒸发部分溶剂调节其浓度为0.3M。 薄膜的制备与晶化薄膜采用旋转-镀膜方式，用胶头滴管取前驱体溶液约0. 5ml，滴在旋转的 基片上，转速为4000转/分钟，时间20s，溶剂迅速挥发得到凝胶膜。将凝胶 膜置于一快速退火炉中，在20(TC下加热3分钟；然后在40(TC下热解4分钟； 再在700 °C下高温退火4分钟。重复上述过程6次，得到厚度约为240 nm的 0.7 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3薄膜。再采用溅射技术在薄膜表面生长Pt作为上 电极。利用Keithley 6517对薄膜进行极化处理，采用自制的高灵敏热释电表 征系统测量薄膜热释电系数(见图2) 。 0.7 Pb(Mg1/3Nb2/3)Or0.3PbTiO3薄膜在不 施加偏场下，热释电系数可达1.6X10—8Ccm—21(人可用做研制大面积均匀焦平面 列阵。所说的基片采用在(100)晶向的硅片上依次生长为Si02、 Ti、 Pt、 30纳米厚 的镍酸镧(LaNi03)薄膜，LaNi03薄膜与Pt构成复合电极层。镍酸镧薄膜的 制备过程见Appl. Sur. Sci. 171， 68 (2001)。权利要求1.一种，其特征在于具体步骤如下§A.前驱体溶液的配制溶剂为乙二醇甲醚(CH3OCH2CH2OH)，稳定剂为乙酰丙酮(CH3CH2COCH2CH3)；溶质为三水合醋酸铅(Pb(CH3COO)2·3H2O)、乙醇铌(Nb(CH3CH2O)2)、醋酸镁(Mg(CH3COO)2)、正丁醇钛(Ti(CH3CH2CH2CH2O)，按xPbMg2/3Nb1/3O3-1-xPbTiO3(x＝0.92-0.65)的化学计量比配制；0.01-0.02摩尔醋酸铅加入0.2-0.5毫升的乙酰丙酮；配制的程序是按化学计量比称取醋酸铅和醋酸镁放入盛有乙二醇甲醚的烧瓶中，加热溶解后，在100-120℃下回流1个小时，然后在125℃下蒸馏出水及杂物；待其冷却到室温后，在氮气气氛下，按照前面提到的化学计量比加入钛和铌的醇盐和稳定剂乙酰丙酮，然后在100-120℃下回流1小时，最后通过加入或蒸发溶剂得到浓度为0.1-0.3M的前驱体溶液；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有自极化效应的铌镁酸铅－钛酸铅铁电薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：§Ａ．前驱体溶液的配制：溶剂为乙二醇甲醚（ＣＨ↓［３］ＯＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＯＨ），稳定剂为乙酰丙酮（ＣＨ↓［３］ＣＨ↓［２］ＣＯＣＨ↓［２ ］ＣＨ↓［３］）；溶质为三水合醋酸铅（Ｐｂ（ＣＨ↓［３］ＣＯＯ）↓［２］.３Ｈ↓［２］Ｏ）、乙醇铌（Ｎｂ（ＣＨ↓［３］ＣＨ↓［２］Ｏ）↓［２］）、醋酸镁（Ｍｇ（ＣＨ↓［３］ＣＯＯ）↓［２］）、正丁醇钛（Ｔｉ（ＣＨ↓［３］ＣＨ↓［２］ ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］Ｏ），按ｘＰｂＭｇ↓［２／３］Ｎｂ↓［１／３］Ｏ↓［３］－１－ｘＰｂＴｉＯ↓［３］（ｘ＝０．９２－０．６５）的化学计量比配制；０．０１－０．０２摩尔醋酸铅加入０．２－０．５毫升的乙酰丙酮；配制的程序是 ：按化学计量比称取醋酸铅和醋酸镁放入盛有乙二醇甲醚的烧瓶中，加热溶解后，在１００－１２０℃下回流１个小时，然后在１２５℃下蒸馏出水及杂物；待其冷却到室温后，在氮气气氛下，按照前面提到的化学计量比加入钛和铌的醇盐和稳定剂乙酰丙 酮，然后在１００－１２０℃下回流１小时，最后通过加入或蒸发溶剂得到浓度为０．１－０．３Ｍ的前驱体溶液；§Ｂ．薄膜材料的制备成膜采用旋转－镀膜方式，将上述配制好的前驱体溶液通过０．２μｍ的微孔过滤器过滤，而后将其滴到高速旋转的 基片上，基片转速为３０００－６０００转／分钟，并保持２０到３０秒，溶剂迅速挥发得到凝胶膜；然后将带凝胶膜的基片置于退火炉中分段进行热处理，即在１８０－２００℃下加热２到３分钟，再升温至３５０－４５０℃热解３到５分钟，最后在６５０－７ ５０℃高温下退火３到５分钟；重复上述过程，直至得到所需厚度的ＰＭＮ－ＰＴ驰豫铁电薄膜材料；再利用溅射技术在薄膜表面生长Ｐｔ作为上电极；。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：褚君浩，孟祥建，林铁，石富文，孙璟兰，马建华，韩莉，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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