專利名稱：四氧化三鐵與鈦酸鉍摻鑭復合磁電薄膜的制備方法
技術領域：
本發明是一種通過將具有鐵電性的薄膜鈦酸鉍摻鑭與具有亞鐵磁性的薄膜四氧化三鐵有效合成，從而制備出多鐵性磁電復合薄膜材料的制備方法，屬于多鐵性磁電復合薄膜材料制備的技術領域。
背景技術：
多鐵性材料由于其不但具有單一的鐵性(如鐵電性、鐵磁性和鐵彈性)，而且由于不同鐵性之間的耦合協同作用會產生新的磁電效應，在發展基于鐵電-磁性集成效應的新型信息存儲處理以及磁電器件等技術提供了巨大的潛在應用潛力。其中，磁電復合薄膜材料由于具有良好的微電子工藝兼容特性和良好的性能，使得磁電復合薄膜材料的研究成為眾多研究者關注的熱點之一，但由于磁電復合薄膜材料的研究起步較晚，還存在很多有待解決的物理問題，比如基于對材料性能、物理規律等的認識，尋找更有效的鐵電/鐵磁復合薄膜材料，兩種材料的匹配度以及復合材料生長工藝，需要投入更多的關注，付出更多的努力，以滿足新型器件對復合薄膜材料的要求。在已有薄膜材料的研究中，四氧化三鐵(Fe3O4)是一種具有尖晶石型結構的磁性材料，由于它特殊的電子結構又使其屬于一種稱為半金屬的材料，半金屬材料的費米面電子能態自旋極化度的理論值1，可獲得大的巨磁電阻效應，Fe3O4這種特殊的結構和性能引起人們廣泛的重視。具有層狀鈣鈦礦結構的鈦酸鉍摻鑭(如Bi3.25Laa75Ti3012)鐵電薄膜，由于具有較大的剩余極化、較好的抗疲勞特性、較低的制備溫度等優良性能、是廣為關注的鐵電材料之一。到目前為止，由于實驗的制備工藝、氧化條件等的困難，由Fe3O4和Bi125Laa75Ti3O12(BLT)復合而成的 Fe304/Bi3.25LaQ.75Ti3012 (Fe304/BLT)磁電復合薄膜材料，還未見相關報道。

發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種四氧化三鐵與鈦酸鉍摻鑭復合成磁電薄膜的制備方法，該Fe3O4M3.25La0.75Ti3012多鐵性磁電復合薄膜材料，填補了 Fe3O4與B i 3.25Laa 75T i 3012復合成多鐵性磁電復合材料的空白，擴充了磁電復合薄膜材料的研究范圍。同時，為Fe304/Bi3 25Laa75Ti3012磁電復合薄膜的鐵電、鐵磁及其磁電耦合等性能的進一步研究，奠定了實驗制備基礎。技術方案本發明的四氧化三鐵與鈦酸鉍摻鑭復合磁電薄膜的制備方法，具體包括以下步驟步驟I Bi3.25La0.75Ti3012(BLT)靶材的制備a).配料反應物原料是Bi2O3, La2O3JiO2 ;三種原材料按(13. 5-14. 5) :3:24的摩爾比混合，b).將混合的反應物原料放入瑪瑙罐中加入丙酮放入球磨罐中，加入瑪瑙球，密封固定于球磨機上，球磨時間在15h以上，研磨時間越長，BLT粉末越細，效果越好；c).用粉末壓片機將研磨好的反應物原料壓片成形，直徑10_20mm ；d).預燒將壓片成形的塊體放到箱式爐中，升溫至750-850°C，保溫4_6h，然后再快速升溫至850-950°C，保溫3-5h，自然冷卻降至室溫，使之初步成相；e).燒結再將經過步驟d)處理的靶材在1000-1100°C，保溫I. 5-2. 5h，再緩慢降至室溫；步驟2 =Fe2O3靶材的制備將晶胞結構為α的Fe2O3粉末研磨，再用粉末壓片機壓片，壓成直徑為10_20mm，然后燒結而成，燒結溫度為800-1000°C，保溫16-24h ；步驟3 :制備Fe304/BLT磁電復合薄膜材料采用脈沖激光濺射沉積系統在Pt/Ti/Si02/Si襯底上制備出Fe304/BLT多鐵性磁電復合薄膜。有益效果通過本方法成功制備出了 Fe304/Bi3.25Laa75Ti3012(Fe304/BLT)多鐵性磁電復合薄膜材料，四氧化三鐵(Fe3O4)是一種具有尖晶石型結構的磁性材料，由于它特殊的電子結構又使其屬于一種稱為半金屬的材料，半金屬材料的費米面電子能態自旋極化度的理論值1，可獲得大的巨磁電阻效應。BLT是廣為關注的鐵電薄膜材料之一，具有較大的剩余極化、較好的抗疲勞特性、較低的制備溫度等優良性能。到目前為止，由于實驗的制備工藝、氧化條件等的困難，由Fe3O4和BLT復合而成的Fe304/BLT磁電復合薄膜材料,還未見相關報道。本發明成功制備出了 Fe304/BLT多鐵性磁電復合薄膜材料，填補了 Fe3O4與BLT復合成多鐵性磁電復合材料的空白，擴充了磁電復合薄膜材料的研究范圍。同時，為Fe304/BLT磁電復合薄膜的鐵電、鐵磁及其磁電耦合等性能的進一步研究，奠定了實驗制備基礎。


圖I是本發明制備過程的流程圖。 圖2是多鐵性磁電復合薄膜Fe304/BLT的X射線衍射圖。
具體實施例方式本發明的四氧化三鐵與鈦酸鉍摻鑭復合磁電薄膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟一·制備 Fe2O3 和 Bi3 25Latl 75Ti3O12 (BLT)靶材LBi125Laa75Ti3Ol2(BLT)靶的制備a)配料反應物原料是Bi2O3, La2O3, Τ 02 ;三種原材料按13:3:24的摩爾比混合，由于Bi的揮發性，實驗中一般要用過量的Bi2O3來補償Bi的損失，所以原料中多加了 5-20%的 Bi203。b)將混合的原料放入瑪瑙罐中加入丙酮放入球磨罐中，加入瑪瑙球，密封固定于球磨機上，球磨時間在15h以上，研磨時間越長，BLT粉末越細，效果越好。c)用粉末壓片機將研磨好的原料壓片成形，直徑10_20mm。d)預燒將壓片成形的快體放到箱式爐中，升溫至750-850°C，保溫4_6h，然后再快速升溫至850-950°C，保溫3-5h，自然冷卻降至室溫，使之初步成相。e)燒結將靶材在1000-1100°C，保溫I. 5-2. 5h，再緩慢降至室溫。2. Fe2O3 靶的制備將晶胞結構為α的Fe2O3粉末研磨，再用粉末壓片機壓片，壓成直徑為10_20mm，然后燒結而成。燒結溫度為800-1000°C，保溫16-24h左右。二.制備Fe304/BLT磁電復合薄膜材料所用儀器是采用中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司生產的PLD-300脈沖激光濺射沉積系統，此系統所采用的光源是美國相干公司的KrF準分子激光器，型號COMPex Pro205，波長248nm，脈沖寬度20ns。實驗用的襯底是Pt/Ti/Si02/Si。實驗前準備a)啟動激光器，激光器進入自檢狀態。b)對PLD腔體放氣，當腔內氣壓和外界氣壓相同時，打開腔門。將Fe2O3靶材、BLT靶材分別固定在靶臺上，襯底Pt/Ti/Si02/Si固定在基片臺上，關閉腔門和放氣閥。步驟I. BLT薄膜的制備步驟a)將靶位調至BLT靶。然后啟動冷卻循環水系統。打開PLD系統總控制電源開關，打開真空計電源開關。b)打開腔體旁抽管道的閥門，啟動機械泵，讓機械泵對腔體預抽真空。c)當真空到達5_6pa時，關閉機械泵旁抽管道的閥門，啟動分子泵抽真空。 d)打開控溫儀開關，設定襯底溫度590-610°C，調節加熱電流，開始對襯底加熱。以后,邊加熱邊抽真空。e)當腔內真空度達到lXl(T3-2Xl(T3Pa時，減小分子泵的閘板閥，打開氧氣閥，使腔內氧壓達到18-22Pa。此時，激光器的自檢已經結束，將激光器的工作模式設置為等能模式。激光脈沖的能量設為230-250mJ，頻率5_6Hz，濺射脈沖數350-3500個。f)調節光路，預打樣品2_3min，然后正式鍍膜，濺射350-3500個脈沖。g)沉積結束后，將溫度調至690-750°C，保溫30_60min·步驟2. Fe304/BLT薄膜制備方法制備的BLT薄膜無需取出，接著在BLT薄膜上生長Fe3O4薄膜。實驗步驟為a)關閉氧氣閥，設置控溫儀溫度為590-710°C后，抽真空至8X 10_4Pa-2X 10_3Pa. b)將靶位調至Fe2O3靶，設置脈沖能量為295-305mJ，頻率9_10Hz，脈沖數2500-15000個。c)調節光路，預打樣品2_3min，然后正式鍍膜，濺射2500-15000個脈沖。d)沉積結束后,保溫l_5min。e)在真空條件下，斷開加熱電源，停止加熱。f)降至室溫時，關閉閘板閥，停止分子泵，將腔體放氣，取出樣品和靶材。通過步驟I及步驟2，就在Pt/Ti/Si02/Si襯底上制備出了 Fe304/BLT多鐵性磁電復合薄膜。
權利要求
1.一種四氧化三鐵與鈦酸鉍摻鑭復合磁電薄膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟 I =Bi3.25La0.75Ti3012 (BLT)靶材的制備 a).配料:反應物原料是Bi2O3,La2O3, TiO2 ;三種原材料按(13. 5-14. 5) :3:24的摩爾比混合， b).將混合的反應物原料放入瑪瑙罐中加入丙酮放入球磨罐中，加入瑪瑙球，密封固定于球磨機上，球磨時間在15h以上，研磨時間越長，BLT粉末越細，效果越好； c).用粉末壓片機將研磨好的反應物原料壓片成形，直徑10-20mm; d).預燒將壓片成形的塊體放到箱式爐中，升溫至750-850°C，保溫4-6h，然后再快速升溫至850-950°C，保溫3-5h，自然冷卻降至室溫，使之初步成相； e).燒結再將經過步驟d)處理的靶材在1000-110(TC，保溫I.5_2. 5h，再緩慢降至室溫； 步驟2 =Fe2O3靶材的制備 將晶胞結構為α的Fe2O3粉末研磨，再用粉末壓片機壓片，壓成直徑為10_20mm，然后燒結而成，燒結溫度為800-1000°C，保溫16-24h ； 步驟3 :制備Fe304/BLT磁電復合薄膜材料 采用脈沖激光濺射沉積系統在Pt/Ti/Si02/Si襯底上制備出Fe304/BLT多鐵性磁電復合薄膜。
全文摘要
本發明是一種四氧化三鐵與鈦酸鉍摻鑭復合磁電薄膜的制備方法，通過將具有鐵電性的薄膜鈦酸鉍摻鑭與具有鐵磁性的薄膜四氧化三鐵有效合成，從而制備出多鐵性磁電復合薄膜材料，具體步驟是1.制備Fe2O3和Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)靶材，2.采用脈沖激光濺射沉積系統在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備出Fe3O4/BLT多鐵性磁電復合薄膜。該Fe3O4/BLT多鐵性磁電復合薄膜材料，填補了Fe3O4與BLT復合成多鐵性磁電復合材料的空白，擴充了磁電復合薄膜材料的研究范圍。
文檔編號C04B35/622GK102976746SQ201210532448
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者吳秀梅, 翟亞, 孫弘揚, 歐慧靈 申請人:東南大學