【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米铁电材料，特别是涉及一种具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、目前，由于金属氧化物薄膜材料中发现的许多新奇的光、电、力、热等响应效果，被人们广泛的研究、开发、利用。其中铁电薄膜材料凭借其优异的压电性、热释电性、铁电性、介电性和光电效应等，激起了科研爱好者的研究兴趣，在纳米电子学器件领域展示了巨大的应用前景。
2、铁电薄膜材料自1977年发展至今，已经形成了各种各样的高质量的制备方法。其中，溶胶-凝胶法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法和化学气相沉积法是当下比较主流的制备工艺。毫无疑问，薄膜制备技术的进步对铁电材料的发展有着不可或缺的推动作用。因此，不断优化铁电薄膜的制备工艺对其在纳米电子学器件中的应用具有重大意义。
3、目前，高质量铁电薄膜的制备工艺已经相对成熟，但其与传统的半导体材料和工艺的有效结合是当下的一个热点问题。许多科研工作者都致力于改进铁电薄膜材料的制备方法，以满足当前半导体工艺中小型化、集成化的要求。如利用脉冲激光沉积技术生长铁电薄膜，该方法能生长出高质量的外延单晶薄膜，但是通常需要衬底为依托，这极大地限制其与现代半导体工艺集成；又如利用化学气相沉积技术制备出高质量的铁电薄膜，但是该方法所需的原材料和设备较昂贵，且制备过程中伴随着毒性和污染，限制了应用的范畴。因此，一种满足当前半导体工艺的铁电薄膜制备方法对铁电薄膜在纳米电子学器件中的广泛应用具有现实意义。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的在于，提供一种
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
4、在(001)方向的srtio3单晶衬底上沉积sr2caal2o6薄膜作为牺牲层；
5、在牺牲层上沉积srruo3导电层作为底电极；
6、在底电极上沉积菱方相的铁电薄膜；
7、溶解牺牲层后将薄膜样品转移至硅纳米岛阵列上，即得具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜。
8、相比于现有技术，本专利技术通过在铁电层和衬底之间生长一层牺牲层，利用牺牲层可溶解于水的特性，将铁电层从原衬底上剥离出来，然后重新转移到硅纳米岛阵列上，由于硅纳米岛阵列的支撑作用，形成了规则有序的大面积的褶皱结构，褶皱结构引入了应变梯度，应变梯度产生挠曲电，有利于通过挠曲电效应在铁电薄膜上进行畴调控。经过测试，本专利技术制得的具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜具有高结晶度和优良的铁电性。本专利技术提出的具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜的制备方法可以使铁电薄膜突破衬底限制的壁垒，实现与硅基半导体工艺的结合，为铁电薄膜材料的应用提供了更多可能。这种方法适用于多种铁电材料，甚至是多功能氧化物薄膜，具有重大的现实意义。
9、在优选的实施方式中，牺牲层厚度为20～50nm。该度的牺牲层具有足够的膜层厚度的同时，也有利于后续溶解步骤的进行。
10、在优选的实施方式中，牺牲层通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mj，脉冲频率为1～8hz，外延温度为750～780℃，氧压为4～10pa。在上述实验条件下，可以沉积得到厚度均匀、表面平整且易于溶解的牺牲层。
11、在优选的实施方式中，牺牲层通过浸泡于去离子水中溶解。利用该牺牲层材料(sr2caal2o6)可溶于水的特性，可以方便地通过将样品浸泡于去离子水中溶解牺牲层，从而将铁电层从原衬底上剥离出来。
12、在优选的实施方式中，牺牲层在去离子水中浸泡10～24h后溶解，然后用硅纳米岛阵列将漂浮的薄膜捞起，即得具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜。由于牺牲层厚度控制在合适尺寸范围，因此溶解时间较短，在10～24h后即可完全溶解。溶解后用硅纳米岛阵列将漂浮在去离子水表面上的薄膜捞起，由于薄膜与硅片表面的硅纳米岛阵列紧密贴合，即可得到具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜。
13、在优选的实施方式中，底电极的厚度为6～10nm；底电极通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为75～90mj，脉冲频率为8hz，外延温度为660～720℃，氧压为15～20pa。该实验条件下可以制得均匀平整的底电极。
14、在优选的实施方式中，铁电薄膜为bfo(bifeo3)薄膜。在其它实施方式中，铁电薄膜也可以采用其它金属氧化物薄膜材料。
15、在优选的实施方式中，bfo薄膜厚度为10～25nm；bfo薄膜通过脉冲激光沉积技术在底电极上外延生长而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mj，脉冲频率为8hz，外延温度为710～730℃，氧压为15～20pa。该方法和实验条件下生长而成的bfo薄膜外延性好，表面干净平整，厚度均匀，同时具有较好的铁电性。
16、在优选的实施方式中，硅纳米岛阵列采用以下步骤制得：用水溶液法在硅片上铺展单层500nm的单层密堆排列聚苯乙烯小球模板，干燥后形成掩模板；然后通过在氧氛围且65～80w功率条件下氧等离子体处理样品，使得ps小球的直径从初始的500nm变为大约300nm，得到彼此分离的ps小球模板；再对样品进行氩离子束刻蚀，将未被ps小球遮挡的部分刻蚀掉；最后超声清洗去除ps小球模板后，即得到排列有序的硅纳米岛阵列。
17、第二方面，本专利技术还提供一种采用如上述任一种实施方式的方法制备而成的具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜，其具有高结晶度和优良的铁电性。
18、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。
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1.一种具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层厚度为20～50nm。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mJ，脉冲频率为1～8Hz，外延温度为750～780℃，氧压为4～10Pa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层通过浸泡于去离子水中溶解。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层在去离子水中浸泡10～24h后溶解，然后用硅纳米岛阵列将漂浮的薄膜捞起，即得具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述底电极的厚度为6～10nm；所述底电极通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为75～90mJ，脉冲频率为8Hz，外延温度为660～720℃，氧压为15～20Pa。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁电薄膜为BFO薄膜。
8.根据权
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：硅纳米岛阵列采用以下步骤制得：用水溶液法在硅片上铺展单层500nm的单层密堆排列聚苯乙烯小球模板，干燥后形成掩模板；然后通过在氧氛围且65～80W功率条件下氧等离子体处理样品，使得PS小球的直径从初始的500nm变为大约300nm，得到彼此分离的PS小球模板；再对样品进行氩离子束刻蚀，将未被PS小球遮挡的部分刻蚀掉；最后超声清洗去除PS小球模板后，即得到排列有序的硅纳米岛阵列。
10.一种具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜，其特征在于：采用如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层厚度为20～50nm。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mj，脉冲频率为1～8hz，外延温度为750～780℃，氧压为4～10pa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层通过浸泡于去离子水中溶解。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述牺牲层在去离子水中浸泡10～24h后溶解，然后用硅纳米岛阵列将漂浮的薄膜捞起，即得具有褶皱结构的自支撑铁电薄膜。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述底电极的厚度为6～10nm；所述底电极通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为75～90mj，脉冲频率为8hz，外延温度为660～720℃，氧压为15～20pa。
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