一種具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜及其制備方法技術

本發明專利技術公開一種具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜及其制備方法，化學式為Bi0.9?xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3，其中，x＝0.01?0.09，其為扭曲的菱方鈣鈦礦結構，空間群為R3c，且沿著(101)方向的取向生長。本發明專利技術采用溶膠凝膠法及層層退火工藝制備得到薄膜，制備方法簡單，反應容易進行，工藝過程溫度低，制備過程易于控制。本發明專利技術A位稀土離子和B位磁性過渡金屬離子共摻的BiFeO3薄膜，該薄膜與電極膜界面處形成一個中間過渡層，隨著La離子在BiFeO3薄膜中的摻入，使BiFeO3薄膜界面處氧空位種類和數量發生變化，薄膜具有電阻開關效應。

A La, Er, Co, Mn Co-doped BFO thin film with resistance switching effect and its preparation method

The invention discloses a La, Er, Co, Mn co-doped BFO film with resistance switching effect and a preparation method thereof. The chemical formula is Bi0.9 xLaxEr0.1Fe0.96Co 0.02Mn 0.02O3, where x=0.01 0.09, which is a twisted rhombohedrite perovskite structure, the space group is R3c, and grows along the orientation (101) direction. The invention is prepared by sol-gel method and layer annealing process. The preparation method is simple, the reaction is easy to carry out, the process temperature is low, and the preparation process is easy to control. The BiFeO3 thin film doped with rare earth ions at A position and magnetic transition metal ions at B position forms an intermediate transition layer at the interface of the film and the electrode film. With the doping of La ions in the BiFeO3 thin film, the oxygen vacancies at the interface of the BiFeO3 thin film change, and the film has resistance switching effect.

【技術實現步驟摘要】
一種具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜及其制備方法
本專利技術屬于功能材料領域，具體涉及一種具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜及其制備方法。
技術介紹
隨著信息技術的不斷發展，對器件的小型化、多功能化、讀寫速度以及讀寫能耗提出了更高的要求。然而，現有的技術與材料已經到達了尺寸和性能的極限，表現最為明顯的是數據儲存器。目前，絕大多數的儲存器、傳感器等電子器件的工作原理都是基于鐵電材料和鐵磁材料。研究發現鐵電材料這一大類材料，不僅在鐵電性能上展現出誘人的應用前景，還在其中觀察到的阻變現象更加吸引人們的注意。鐵電材料的多功能效應可以為信息存儲、集成電路以及傳感器的設計提供更多的自由度。目前研究最多、最具前景的鐵電材料是BiFeO3(簡寫BFO)，其具有高于室溫下的鐵電性(居里溫度TC＝1103K)以及鐵磁性(尼爾溫度TN＝643K)。多鐵性材料是一種新型多功能材料，不但能用于單一鐵性材料的應用領域，更在新型磁-電傳感器件、自旋電子器件、新型信息存儲器件等領域展現出巨大的應用前景。與塊材相比，BFO薄膜具有更為優異的性能，是小型化器件的首選。但BiFeO3中鉍元素的易揮發以及部分Fe3+向Fe2+的轉變，使得薄膜中存在著嚴重的漏導現象，導致鐵電性能降低，從而導致薄膜電阻開關效應受到不良影響。
技術實現思路
針對現有技術中存在的問題，本專利技術提供一種具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜及其制備方法，降低了BiFeO3的漏導現象，提高其鐵電性能，使制備出的薄膜具有電阻開關效應。本專利技術是通過以下技術方案來實現：一種具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜，化學式為Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3，其中，x＝0.01-0.09，其為扭曲的菱方鈣鈦礦結構，空間群為R3c，且沿著(101)方向的取向生長。優選的，高低阻態開關比RHRS/RLRS為1.02～1.43。優選的，在45V的電壓下，其剩余極化值Pr為152μC/cm2，反轉電流I為1.5mA，電滯回線矩形度Rsq＝1.02，矯頑場強為301kV/cm。優選的，其剩余磁化值Mr為0.19～0.305emu/cm3，飽和磁化值Ms為1.625～2.50emu/cm3。一種所述的具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜的制備方法，包括如下步驟，步驟1，將硝酸鉍、硝酸鐵、硝酸鑭、硝酸鉺、乙酸錳和硝酸鈷溶于乙二醇甲醚中，攪拌均勻后加入醋酸酐繼續攪拌至均勻，得到前驅液；步驟2：將前驅液在FTO/Glass基片上旋涂得到濕膜，濕膜經勻膠后在195～200℃下烘烤得干膜，再于500～550℃下快速退火，得到晶態Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜；步驟3：將晶態Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜冷卻至室溫，重復步驟2，得到預設厚度的Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜。優選的，步驟1中，金屬離子的總濃度為0.2～0.3mol/L；優選的，步驟1中，乙二醇甲醚和醋酸酐的體積比為(2.5～3):1。優選的，步驟2中，勻膠時的轉速為3600～4000r/min，勻膠時間為15～20s。優選的，步驟2中，濕膜的烘烤時間為5～10min。優選的，步驟2中，薄膜的退火時間為10～15min。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益的技術效果：本專利技術A位稀土離子和B位磁性過渡金屬離子共摻的Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜，該薄膜與電極膜界面處形成一個中間過渡層，隨著La離子在BiFeO3薄膜中的摻入，使Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜界面處氧空位種類和數量發生變化，薄膜具有電阻開關效應。摻雜使得BiFeO3的漏導降低并且鐵電性能得到改善，從而更好地利用鐵電極化調控電阻開關效應，Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜高低阻態開關比RHRS/RLRS為1.02～1.43。B位選用磁性過渡金屬離子摻雜，這些磁性離子部分取代Fe離子可以增強材料的鐵磁性。本專利技術所采用的溶膠凝膠法，制備方法簡單，反應容易進行，工藝過程溫度低，制備過程易于控制，適宜在大的表面和形狀不規則的表面上制備薄膜，并且很容易均勻定量地摻入一些微量元素，以及可以在短時間內獲得分子水平的均勻性。附圖說明圖1為本專利技術制備的Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜的XRD圖，圖1(b)為圖1(a)的局部放大圖；圖2是本專利技術實施例1和實施例4制備的薄膜的漏電流回線圖；圖3是本專利技術實施例1制備的Bi0.89La0.01Er0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜的電滯回線和極化電流圖；圖4是本專利技術實施例4和實施例5制備的薄膜的磁滯回線圖。具體實施方式下面結合具體的實施例對本專利技術做進一步的詳細說明，所述是對本專利技術的解釋而不是限定。本專利技術所述的具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜，為扭曲的菱方鈣鈦礦結構，空間群為R3c，且沿著(101)方向的取向生長，其中，x＝0.01-0.09。所述的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜能夠與電極膜界面處形成一個中間過渡層，隨著La離子在BiFeO3薄膜中的摻入，使Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜界面處氧空位種類和數量發生變化，薄膜具有電阻開關效應。摻雜使得BiFeO3的漏導降低并且鐵電性能得到改善，從而更好地利用鐵電極化調控電阻開關效應，Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜高低阻態開關比RHRS/RLRS為1.02～1.43，薄膜具有電阻開關效應。在45V的電壓下，Bi0.89La0.01Er0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜的剩余極化值Pr為152μC/cm2，反轉電流I為1.5mA，其電滯回線矩形度Rsq＝1.02，矯頑場強為301kV/cm，說明薄膜具有良好的鐵電性。所述La、Er、Co、Mn共摻的BiFeO3薄膜，其剩余磁化值Mr為0.19～0.305emu/cm3，飽和磁化值Ms為1.625～2.50emu/cm3。所述的La、Er、Co、Mn共摻的BiFeO3薄膜的制備方法，其步驟如下：步驟1：按摩爾比為(0.9-x):x:0.1:0.96:0.02:0.02將Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O、La(NO3)3·nH2O、Er(NO3)3·6H2O、C4H6MnO4·4H2O和Co(NO3)2·6H2O溶于乙二醇甲醚中，攪拌均勻后加入醋酸酐繼續攪拌至均勻，得到前驅液；步驟2：將前驅液在FTO/Glass基片上旋涂得到濕膜，濕膜經勻膠后在195～200℃下烘烤得干膜，再于500～550℃下快速退火，得到晶態Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3薄膜；步驟3：將晶態Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.0本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜，其特征在于，化學式為Bi0.9?xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3，其中，x＝0.01?0.09，其為扭曲的菱方鈣鈦礦結構，空間群為R3c，且沿著(101)方向的取向生長。

【技術特征摘要】
1.一種具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜，其特征在于，化學式為Bi0.9-xLaxEr0.1Fe0.96Co0.02Mn0.02O3，其中，x＝0.01-0.09，其為扭曲的菱方鈣鈦礦結構，空間群為R3c，且沿著(101)方向的取向生長。2.根據權利要求1所述的具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜，其特征在于，高低阻態開關比RHRS/RLRS為1.02～1.43。3.根據權利要求1所述的具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜，其特征在于，在45V的電壓下，其剩余極化值Pr為152μC/cm2，反轉電流I為1.5mA，電滯回線矩形度Rsq＝1.02，矯頑場強為301kV/cm。4.根據權利要求1所述的具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜，其特征在于，其剩余磁化值Mr為0.19～0.305emu/cm3，飽和磁化值Ms為1.625～2.50emu/cm3。5.一種權利要求1-4任一項所述的具有電阻開關效應的La、Er、Co、Mn共摻的BFO薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟，步驟1，將硝酸鉍、硝酸鐵、硝酸鑭、硝酸鉺、乙酸錳和硝酸鈷溶于乙二醇甲醚中，攪拌均勻后加入醋酸酐繼續攪拌至均勻，得到前驅液；步驟2：將前驅液在FTO/Glass基片上旋涂得到濕膜，濕膜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：談國強，劉云，郭美佑，薛敏濤，任慧君，夏傲，
申請(專利權)人：陜西科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61