柔性自支撐鐵電薄膜及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種柔性自支撐鐵電薄膜及其制備方法，其中，柔性自支撐鐵電薄膜包括柔性基底層、電極層及功能層，所述電極層形成于所述柔性基底層；所述功能層形成于所述電極層，所述功能層為具有鐵電性能的多層結(jié)構(gòu)薄膜。本發(fā)明專利技術(shù)的技術(shù)方案的柔性自支撐鐵電薄膜可保持穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)和鐵電性能。穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)和鐵電性能。穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)和鐵電性能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
柔性自支撐鐵電薄膜及其制備方法


[0001]本專利技術(shù)涉及柔性電子
，特別涉及一種柔性自支撐鐵電薄膜及其制備方法。

技術(shù)介紹

[0002]柔性電子產(chǎn)品由于能夠滿足柔性的同時，并具有多種功能、可調(diào)屬性、低功耗的特點，再加上在可穿戴設(shè)備、植入系統(tǒng)和腦機接口方面的潛在應(yīng)用，因而獲得了廣泛關(guān)注。鐵電材料具有自發(fā)極化，能夠?qū)崿F(xiàn)非易失性數(shù)據(jù)存儲，且能夠多級調(diào)控導(dǎo)電狀態(tài)，使其在存儲器、憶阻器、電容器等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，將鐵電材料柔性化是推動柔性電子器件發(fā)展的重要途徑。
[0003]近年來，基于Sr3Al2O6(SAO)水溶層獲得無襯底束縛的柔性自支撐功能薄膜的技術(shù)引起極大關(guān)注，這些薄膜在水溶后往往存在優(yōu)異的機械柔性，但是這些柔性自支撐功能薄膜在脫離了SAO后其應(yīng)力狀態(tài)往往發(fā)生改變，導(dǎo)致其鐵電性能受到影響。同時，由于鐵電材料，以BaTiO3(BTO)為例，往往存在漏電行為，導(dǎo)致其鐵電性能受到影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0004]本專利技術(shù)的主要目的是提供一種柔性自支撐鐵電薄膜，旨在通過在犧牲層與功能層中間插入柔性基底層和電極層能夠確保樣品外延生長的同時，保證功能層存在一定的應(yīng)力，而通過將功能層設(shè)置呈多層結(jié)構(gòu)薄膜，能夠增加擊穿場強，穩(wěn)定鐵電性能，提高存儲密度。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提出的柔性自支撐鐵電薄膜包括：
[0006]柔性基底層；
[0007]電極層，所述電極層形成于所述柔性基底層；及
[0008]功能層，所述功能層形成于所述電極層，所述功能層為具有鐵電性能的多層結(jié)構(gòu)薄膜。
[0009]可選的實施例中，所述功能層包括交替生長的鐵電材料層和SrTiO3(STO)層。
[0010]可選的實施例中，所述鐵電材料層為BaTiO3(BTO)材料，所述鐵電材料層和SrTiO3(STO)層之間為外延生長。
[0011]可選的實施例中，所述鐵電材料層的厚度范圍為15nm～25nm，所述SrTiO3(STO)層的厚度范圍為2nm～5nm。
[0012]可選的實施例中，所述鐵電材料層位于所述電極層和所述功能層的SrTiO3(STO)層之間，所述功能層中最遠離所述電極層的結(jié)構(gòu)為鐵電材料層。
[0013]可選的實施例中，所述柔性基底層為柔性SrTiO3(STO)材料，所述柔性SrTiO3(STO)材料的晶面取向為[001]；
[0014]且/或，所述電極層為SrRuO3(SRO)材料；
[0015]且/或，所述柔性基底層和所述電極層之間為外延生長。
[0016]可選的實施例中，所述功能層的厚度范圍為200nm～300nm；
[0017]且/或，所述柔性基底層的厚度范圍為80nm～120nm；
[0018]且/或，所述電極層的厚度范圍為40nm～60nm。
[0019]本專利技術(shù)還提出了一種柔性自支撐鐵電薄膜的制備方法，所述制備方法包括：
[0020]提供一基片，對其進行預(yù)處理；
[0021]于所述基片的表面自下而上依次生長犧牲層、柔性基底層、電極層和功能層，所述功能層為具有鐵電性能的多層結(jié)構(gòu)薄膜；
[0022]將上述基片
?
犧牲層
?
柔性基底層
?
電極層
?
功能層薄膜浸泡于溶劑中以溶解所述犧牲層，從而得到柔性自支撐鐵電薄膜。
[0023]可選的實施例中，所述基片的材料為SrTiO3、Nb
?
SrTiO3、LaAlO3、SrLaGaO4、SrLaAlO4、DyScO3、GdScO3、BaTiO3、LiNbO3、MgO和PMN
?
PT中的一種；
[0024]且/或，所述犧牲層的材料為Sr3Al2O6、Ca
1.5
Sr
1.5
Al2O6、La
0.67
Sr
0.33
MnO3中的一種；
[0025]且/或，所述溶劑為去離子水、碘化鉀和鹽酸中的一種。
[0026]可選的實施例中，所述基片為SrTiO3(STO)基片，所述SrTiO3(STO)基片的晶面取向為[001]，所述犧牲層為Sr3Al2O6(SAO)，所述電極層為SrRuO3(SRO)，所述功能層包括交替生長的BaTiO3(BTO)層和SrTiO3(STO)層，得到STO/SAO/STO/SRO/(BTO/STO)n/BTO薄膜，其中，n為大于0的自然數(shù)。
[0027]可選的實施例中，提供一基片，對其進行預(yù)處理的步驟具體為：
[0028]提供一基片，將其浸于丙酮中，在40～70℃下超聲清洗3min～20min；
[0029]再將所述基片浸于無水乙醇中，超聲清洗1min～6min；
[0030]接著將所述基片浸于去離子水中，超聲清洗1min～6min；
[0031]最后使用氮氣對所述基片進行干燥。
[0032]可選的實施例中，于所述基片的表面自下而上依次生長犧牲層、柔性基底層、電極層和功能層的步驟中，均采用脈沖激光沉積方法。
[0033]可選的實施例中，所述犧牲層、柔性基底層的沉積溫度為650℃～750℃，沉積氧壓為1
×
10
?6Torr～5
×
10
?6Torr。
[0034]可選的實施例中，所述電極層的沉積溫度為650℃～750℃，沉積氧壓為5
×
10
?2Torr～1
×
10
?1Torr；
[0035]且/或，所述功能層的沉積溫度為700℃～800℃，沉積氧壓為1
×
10
?3Torr～1
×
10
?2Torr。
[0036]可選的實施例中，所述功能層的生長方式采用雙靶材切換的交替生長方式，交替生長分為11次。
[0037]可選的實施例中，所述犧牲層、柔性基底層、電極層和功能層的中任一者在脈沖激光沉積過程中的激光的能量范圍為280mJ～380mJ，頻率范圍為8Hz～10Hz，沉積時間范圍為10min～90min。
[0038]可選的實施例中，將上述基片
?
犧牲層
?
柔性基底層
?
電極層
?
功能層薄膜浸泡于溶劑中以溶解所述犧牲層，從而得到柔性自支撐鐵電薄膜的步驟具體為：
[0039]將STO/SAO/STO/SRO/(BTO/STO)
n
/BTO薄膜浸泡于去離子水中30min～60min；
[0040]待SAO犧牲層完全溶解后，利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜將STO/SRO/(BTO/
STO)
n
/BTO從水中撈出，獲得具有穩(wěn)定鐵電性能的柔性自支撐鐵電薄膜。
[0041]本專利技術(shù)的技術(shù)方案中，具有以下有益技術(shù)效果：
[0042]1.在犧牲層與功能本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種柔性自支撐鐵電薄膜，其特征在于，包括：柔性基底層；電極層，所述電極層形成于所述柔性基底層；及功能層，所述功能層形成于所述電極層，所述功能層為具有鐵電性能的多層結(jié)構(gòu)薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的柔性自支撐鐵電薄膜，其特征在于，所述功能層包括交替生長的鐵電材料層和SrTiO3(STO)層。3.如權(quán)利要求2所述的柔性自支撐鐵電薄膜，其特征在于，所述鐵電材料層為BaTiO3(BTO)材料，所述鐵電材料層和SrTiO3(STO)層之間為外延生長。4.如權(quán)利要求3所述的柔性自支撐鐵電薄膜，其特征在于，所述鐵電材料層的厚度范圍為15nm～25nm，所述SrTiO3(STO)層的厚度范圍為2nm～5nm。5.如權(quán)利要求3所述的柔性自支撐鐵電薄膜，其特征在于，所述鐵電材料層位于所述電極層和所述功能層的SrTiO3(STO)層之間，所述功能層中最遠離所述電極層的結(jié)構(gòu)為鐵電材料層。6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的柔性自支撐鐵電薄膜，其特征在于，所述柔性基底層為柔性SrTiO3(STO)材料，所述柔性SrTiO3(STO)材料的晶面取向為[001]；且/或，所述電極層為SrRuO3(SRO)材料；且/或，所述柔性基底層和所述電極層之間為外延生長。7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的柔性自支撐鐵電薄膜，其特征在于，所述功能層的厚度范圍為200nm～300nm；且/或，所述柔性基底層的厚度范圍為80nm～120nm；且/或，所述電極層的厚度范圍為40nm～60nm。8.一種如權(quán)利要求1至7中任一項所述的柔性自支撐鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：提供一基片，對其進行預(yù)處理；于所述基片的表面自下而上依次生長犧牲層、柔性基底層、電極層和功能層，所述功能層為具有鐵電性能的多層結(jié)構(gòu)薄膜；將上述基片
?
犧牲層
?
柔性基底層
?
電極層
?
功能層薄膜浸泡于溶劑中以溶解所述犧牲層，從而得到柔性自支撐鐵電薄膜。9.如權(quán)利要求8所述的柔性自支撐鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，所述基片的材料為SrTiO3、Nb
?
SrTiO3、LaAlO3、SrLaGaO4、SrLaAlO4、DyScO3、GdScO3、BaTiO3、LiNbO3、MgO和PMN
?
PT中的一種；且/或，所述犧牲層的材料為Sr3Al2O6、Ca
1.5
Sr
1.5
Al2O6、La
0.67
Sr
0.33
MnO3中的一種；且/或，所述溶劑為去離子水、碘化鉀和鹽酸中的一種。10.如權(quán)利要求8所述的柔性自支撐鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，所述基片為SrTiO3(STO)基片，所述SrTiO3(STO)基片的晶面取向為[001]，所述犧牲層...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：安峰，鐘高闊，姚帝杰，陳騫鑫，
申請(專利權(quán))人：深圳先進技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：