本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電金屬氧化物薄膜材料，特別是一種鎳酸鑭導(dǎo)電金屬氧化物薄膜材料的制備方法。

背景技術(shù)：

人們發(fā)現(xiàn)，用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，如La0.5Sr0.5CoO3，YBa2Cu3O7-δ，以及SrRuO3等，來代替金屬作為鋯鈦酸鉛(PZT)鐵電薄膜器件的底電極，可以大大增強PZT鐵電薄膜器件的抗疲勞特性。最近又一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物鎳酸鑭(LaNiO3)引起了人們的極大關(guān)注，成為鐵電薄膜底電極的首選材料之一。這主要是因為LaNiO3的晶胞參數(shù)(a＝0.384nm)與鐵電薄膜非常接近，使之不僅可作為電極材料，而且還可以作為籽晶層來優(yōu)化鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。人們已利用物理方法在Si襯底上制備出了擇優(yōu)取向的鎳酸鑭薄膜。我們知道，化學(xué)溶液沉積方法(CSD)制備薄膜材料具有很多優(yōu)點，如工藝簡單，成本低，可制備大面積均勻薄膜等。但到目前為止，雖然采用化學(xué)溶液沉積法在Si襯底上制備鎳酸鑭薄膜已有文獻報道，參閱Appl.Phys.Lett.68(10)，(1996)P1347-1349，但生長出的鎳酸鑭薄膜無擇優(yōu)取向，因此在其上面不可能生長出高質(zhì)量的鐵電薄膜材料，并且所用的原料較為昂貴，不利于商業(yè)發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于已有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡便，成本低廉的鎳酸鑭薄膜材料的制備方法，用該方法制備的薄膜材料具有高度擇優(yōu)取向且導(dǎo)電性能良好。

鎳酸鑭薄膜材料的制備采用化學(xué)溶液沉積(CSD)法，其過程為：

1前驅(qū)體溶液的配制：

溶劑為醋酸(CH3COOH)、去離子水，添加劑為甲酰胺(HCONH2)，其體積比為25-30∶5-6∶0.5-2。溶質(zhì)為硝酸鑭(La(NO3)3·xH2O)，醋酸鎳(Ni(CH3COO)2·H2O)。配制的程序是：

A.稱取一定量地醋酸鎳(0.01-0.02摩爾)于一燒瓶中，加入一定量醋酸，然后在60-80℃溫度下加熱使之溶解；

B.再加入等摩爾量的硝酸鑭，在50-70℃溫度下，一邊不斷攪拌，一邊慢慢加入去離子水，水和醋酸的體積比為5-6∶25-30，直至不溶物消失，得到綠色透明的溶液；

C.為了防止制成后的鎳酸鑭薄膜龜裂，還要向溶液中加入適量的甲酰胺(HCONH2)，水和甲酰胺的體積比為5-6∶0.5-2；

D.最后將配制好的前驅(qū)體溶液通過0.2μm微孔的過濾器過濾，并通過加入或蒸發(fā)溶劑調(diào)節(jié)其濃度為0.3M/L。

2薄膜材料的制備：

A.成膜采用旋轉(zhuǎn)-鍍膜方式，將配制好的前驅(qū)體溶液滴到高速旋轉(zhuǎn)的基片上，基片轉(zhuǎn)速在3000-6000轉(zhuǎn)/分之間，并保持20到30秒，溶劑迅速揮發(fā)得到凝膠膜；

B.然后將凝膠膜置于退火爐中分段進行熱處理，即在150-200℃加熱2到3分鐘，再在300-400℃熱解3到5分鐘，最后在500-650℃高溫退火3到5分鐘；

C.重復(fù)上述過程多次，可得到所需厚度的鎳酸鑭薄膜材料。

使用本發(fā)明方法制備的鎳酸鑭薄膜材料，具有如下的效果：

1.以硝酸鑭(La(NO3)3·xH2O)和醋酸鎳(Ni(CH3COO)2·H2O)為原料，大大降低了原材料的成本，而且整個工藝過程可在大氣環(huán)境中操作，給操作帶來了方便，使其有利于商業(yè)應(yīng)用。

2.配制的前驅(qū)體溶液性能穩(wěn)定，可以長期保存。

3.本發(fā)明制備的鎳酸鑭薄膜材料呈顯高度的(100)取向，并顯示出金屬導(dǎo)電特性，用它作為籽晶層，可在其上制備出高質(zhì)量的鐵電薄膜材料或可作為鐵電薄膜器件的底電極。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

圖2為本發(fā)明的鎳酸鑭薄膜材料的電阻率隨溫度的變化曲線。

具體實施方式

1.LaNiO3前驅(qū)體溶液的制備

稱取0.01摩爾的醋酸鎳于100ml燒瓶中，再加入50ml醋酸，然后在70℃下加熱使之溶解。再加入等摩爾量的硝酸鑭，這時發(fā)現(xiàn)溶解很少，然后在60℃下和不斷攪拌下慢慢加入8ml去離子水，直至不溶物消失，得到綠色透明的溶液。為了防止得到的鎳酸鑭薄膜材料龜裂，還要向溶液中加入1.6ml甲酰胺(HCONH2)添加劑。最后將得到的前驅(qū)體溶液通過0.2μm的微孔過濾器過濾，并通過蒸發(fā)部分溶劑調(diào)節(jié)其濃度為0.3M/L。

2薄膜材料的制備

采用旋轉(zhuǎn)-鍍膜方式制備鎳酸鑭薄膜材料，用膠頭滴管取鎳酸鑭前驅(qū)體溶液約0.5ml，滴在旋轉(zhuǎn)的基片上，轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分鐘，時間20s，得到凝膠膜。將凝膠膜置于一快速退火爐中，在200℃下加熱3分鐘；然后在380℃熱解4分鐘；再在600℃高溫退火4分鐘，重復(fù)上述過程4次，可得到厚度約為160nm的鎳酸鑭薄膜材料。所說的基片為Si(100)取向。用四探針法測量其電阻率隨溫度變化曲線，見圖2，室溫下的電阻率約為7.6×10-4Ωcm，可作為鐵電薄膜材料的底電極材料。

技術(shù)特征：

1.一種鎳酸鑭導(dǎo)電金屬氧化物薄膜材料的制備方法，其特征在于該制備方法的具體步驟如下：

(1)前驅(qū)體溶液的配制：

溶劑為醋酸(CH3COOH)去離子水，添加劑為甲酰胺(HCONH2)，其體積比為25-30∶5-6∶0.5-2；溶質(zhì)為硝酸鑭(La(NO3)3·xH2O)，醋酸鎳(Ni(CH3COO)2·H2O)，它們的摩爾比為1∶1，以0.3M/L濃度溶于溶液中，

配制的程序是：

A.按上述的配制比先稱取一定量的醋酸鎳于一燒瓶中，加入一定量醋酸，然后在60-80℃溫度下加熱使之溶解；

B.再加入等摩爾量的硝酸鑭，在50-70℃溫度下，一邊不斷攪拌，一邊慢慢加入去離子水，直至不溶物消失，得到綠色透明的溶液；

C.為了防止制成后的鎳酸鑭薄膜龜裂，還要向溶液中加入適量的甲酰胺；

D.最后將得到的前驅(qū)體溶液通過0.2μm微孔的過濾器過濾，并通過加入或蒸發(fā)溶劑調(diào)節(jié)其濃度為0.3M/L；

(2)薄膜材料的制備：

A.成膜采用旋轉(zhuǎn)-鍍膜方式，將配制好的前驅(qū)體溶液滴到高速旋轉(zhuǎn)的基片上，基片轉(zhuǎn)速在3000-6000轉(zhuǎn)/分之間，并保持20到30秒，溶劑迅速揮發(fā)得到凝膠膜；

B.然后將凝膠膜置于退火爐中分段進行熱處理，即在150-200℃下加熱2到3分鐘，再在300-400℃下熱解3到5分鐘，最后在500-650℃下高溫退火3到5分鐘；

C.根據(jù)所需的鎳酸鑭薄膜材料厚度，決定重復(fù)上述過程次數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1一種鎳酸鑭導(dǎo)電金屬氧化物薄膜材料的制備方法，其特征在于所說的基片為Si材料(100)取向。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供了一種鎳酸鑭導(dǎo)電金屬氧化物薄膜材料的制備方法，該方法包括：前驅(qū)體溶液的配制，即將溶劑醋酸、去離子水和添加劑甲酰胺與溶質(zhì)醋酸鎳、硝酸鑭以0.3M的濃度在一定的溫度下混合得到前驅(qū)體溶液和薄膜材料的制備，即將配制好的前驅(qū)體溶液采用旋轉(zhuǎn)鍍膜方式在基片上得到凝膠膜，然后在快速退火爐中分段進行熱處理，形成薄膜材料。用該方法得到的薄膜具有高度的擇優(yōu)取向和良好的金屬特性，在室溫下的電阻率約為7.6×10?4Ωcm。用該薄膜可在其上制備出高質(zhì)量的鐵電薄膜材料或可作為鐵電薄膜器件的底電極。

技術(shù)研發(fā)人員：張志敏

受保護的技術(shù)使用者：天津夢龍新能源技術(shù)有限公司

文檔號碼：201610736002

技術(shù)研發(fā)日：2016.08.26

技術(shù)公布日：2016.11.16