納米復合磁電材料的制備工藝及其優越性能

  納(na)米復合(he)(he)(he)磁(ci)電材料復合(he)(he)(he)與(yu)塊體(ti)復合(he)(he)(he)差不多,其結構(gou)很相似,只是復合(he)(he)(he)的尺(chi)度(du)大(da)小不同(tong)。納(na)米復合(he)(he)(he)是在納(na)米尺(chi)度(du)范圍(wei)內(nei)的復合(he)(he)(he),這(zhe)就造就了納(na)米復合(he)(he)(he)材料的特(te)(te)殊性(xing)(xing)能。相比(bi)于塊體(ti)磁(ci)電復合(he)(he)(he)材料,納(na)米復合(he)(he)(he)磁(ci)電材料具(ju)有一些獨特(te)(te)的優越性(xing)(xing):

  (1)復合材料組分相的比例可以在納米尺度上進行修改和控制,可以在納米尺度范圍內直接研究磁電效應的微觀機理。
  (2)塊體材料中相之間的結合是通過共燒或者粘接的方式相結合的,其界面損耗是一個不容忽視的問題,而在薄膜中町實現原子尺度的結合,可以有效降低界面耦合損失。
  (3)納(na)米磁(ci)電(dian)復合(he)薄膜的(de)(de)制(zhi)備為控制(zhi)晶(jing)格應力、缺(que)陷等方面(mian)提供了更(geng)大(da)的(de)(de)自由,可獲得高度擇(ze)優取向(xiang)甚至超晶(jing)格復合(he)薄膜,更(geng)有利于研究(jiu)磁(ci)電(dian)耦合(he)的(de)(de)微觀機理(li)。

  在(zai)納(na)(na)米(mi)尺(chi)度下研究納(na)(na)米(mi)復(fu)合(he)(he)磁(ci)電(dian)(dian)薄膜(mo),其技(ji)(ji)術(shu)町以很容易地(di)移(yi)植到半導體工(gong)藝(yi)中,用于制(zhi)造集成磁(ci)/電(dian)(dian)器件。 納(na)(na)米(mi)復(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)的(de)連通性主要(yao)分為(wei)3大類(lei),一類(lei)是(shi)(shi)納(na)(na)米(mi)顆(ke)粒磁(ci)電(dian)(dian)材(cai)料(liao),一種是(shi)(shi)納(na)(na)米(mi)柱狀磁(ci)電(dian)(dian)材(cai)料(liao),還有一種是(shi)(shi)納(na)(na)米(mi)層(ceng)狀磁(ci)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)。隨著(zhu)近年薄膜(mo)制(zhi)備經驗和(he)技(ji)(ji)術(shu)的(de)積累。使得(de)制(zhi)備優(you)質復(fu)雜結構的(de)復(fu)合(he)(he)薄膜(mo)成為(wei)可能。由于磁(ci)電(dian)(dian)復(fu)合(he)(he)薄膜(mo)涉及兩相(xiang)多種成分的(de)復(fu)合(he)(he),比較(jiao)常(chang)見的(de)制(zhi)備方(fang)法(fa)是(shi)(shi)使用激光(guang)脈沖沉積法(fa)和(he)溶膠一凝膠旋涂(tu)法(fa)。

  激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)脈沖沉積(ji)(PLD)就是(shi)將激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)瞬間聚焦于(yu)靶材(cai)上一(yi)(yi)塊較小面積(ji)上,利(li)用激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)能量密(mi)度將激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)照(zhao)射(she)處的(de)(de)(de)(de)靶材(cai)蒸發甚至電離,使(shi)其(qi)原子脫離靶材(cai)向基(ji)板(ban)運動,在溫度較低的(de)(de)(de)(de)基(ji)板(ban)上沉積(ji),從而達到成膜(mo)(mo)目(mu)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)種手段。由(you)于(yu)脈沖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)加熱速(su)率,晶體膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)沉積(ji)比其(qi)他薄膜(mo)(mo)生(sheng)成技術(shu)要求的(de)(de)(de)(de)基(ji)板(ban)溫度更(geng)低。但是(shi)PLD也(ye)有一(yi)(yi)個嚴重的(de)(de)(de)(de)問題,薄膜(mo)(mo)容易(yi)被濺污(wu)。濺射(she)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)大微粒(li)將阻礙隨后薄膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)形成,會影響薄膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)性能。

  溶膠-凝膠旋(xuan)(xuan)涂法(fa)使用(yong)得最(zui)(zui)多的(de)(de)(de)是制(zhi)備納米層(ceng)狀磁(ci)電薄(bo)膜(mo)(mo)。其步驟是先配好壓電材料和(he)(he)磁(ci)致伸縮材料的(de)(de)(de)前驅體溶液生成(cheng)前驅溶膠,然后在基片表面交(jiao)替旋(xuan)(xuan)涂前驅溶膠,最(zui)(zui)后進行退火(huo)晶化。在晶化過程中膜(mo)(mo)層(ceng)產(chan)生分離重(zhong)組,最(zui)(zui)終形(xing)成(cheng)需要的(de)(de)(de)薄(bo)膜(mo)(mo)。溶膠-凝膠旋(xuan)(xuan)涂法(fa)的(de)(de)(de)優點(dian)是可以通過調節溶膠的(de)(de)(de)濃度(du)和(he)(he)旋(xuan)(xuan)涂的(de)(de)(de)次(ci)數來控制(zhi)膜(mo)(mo)層(ceng)的(de)(de)(de)厚度(du),缺(que)點(dian)是制(zhi)備出的(de)(de)(de)磁(ci)電薄(bo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)可重(zhong)復性和(he)(he)穩定性較差(cha)。