[发明专利]一种具有自极化行为的PbZrO3

说明书

本发明涉及一种具有自极化行为的PbZrO₃/Al₂O₃异质结构复合薄膜及其制备方法，属于无机功能电子材料领域。为解决现有反铁电体制备工艺复杂且对剩余极化提高效果不显著的问题，本发明提供了一种具有自极化行为的PbZrO₃/Al₂O₃异质结构复合薄膜，包括由PbZrO₃薄膜构成的顶膜和由Al₂O₃薄膜构成的底膜，所述顶膜和底膜经晶化处理相复合。本发明通过具有不同费米能级的反铁电PbZrO₃和氧化铝Al₂O₃，构筑了PbZrO₃/Al₂O₃异质结构复合薄膜，实现了铁电自极化，其剩余极化强度增至42.5μC/cm²。同时复合薄膜的绝缘特性得到改善，抗疲劳性增强，使其能够应用于非挥发性随机存储器。

技术领域

本发明属于无机功能电子材料领域，尤其涉及一种具有自极化行为的PbZrO₃/Al₂O₃异质结构复合薄膜及其制备方法。

背景技术

随着电子信息技术的迅速发展，对电子信息材料的需求也日益增多，尤其有关铁电介质存储材料、磁存储材料、半导体动态存储材料以及光存储材料等信息存储材料的相关研究已成为科研大潮中的热点问题，当然，科技的进步也对材料开发与应用提出了更高的标准。上世纪60年代，首次提出了利用铁电材料的极化特性实现非挥发性随机存储，该种存储方式具有低功率、高存储速度的特点。其中，以锆钛酸铅-PZT为典型代表，因其具有优异的铁电性能，如较高的剩余极化强度值而被广泛研究。剩余极化强度值直接关系到针对存储单元的使役性能而言，铁电PZT薄膜最大的问题在于抗疲劳性差，主要表现在经10⁶次电场循环，其极化强度劣化严重。

研究发现反铁电体通常具有优异的抗疲劳性和击穿强度，同时，因其极化过程伴随着场致相变而被广泛关注。反铁电体，如锆酸铅PbZrO₃也常被用作电容器进行能量的存储与转换。尽管反铁电PbZrO₃具有很高的疲劳电阻和优异的抗疲劳特性，但是反铁电性导致其剩余极化强度值几乎为零，限制了其在铁电随机存储领域的应用。因此，如何提高反铁电体的剩余极化强度就成为决定其能否用作随机存储器上的关键问题。

目前，对于反铁电体铁电自极化的相关研究非常少。有研究表明，通过在反铁电体样品表面制备具有不同功函数的顶、底电极，以构建自建电场使得极化曲线偏置并诱发非零剩余极化强度，尽管该方法设计思想新颖，但工艺复杂且对剩余极化提高效果并不显著。

发明内容

为解决现有反铁电体制备工艺复杂且对剩余极化提高效果不显著的问题，本发明提供了一种具有自极化行为的PbZrO₃/Al₂O₃异质结构复合薄膜及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种具有自极化行为的PbZrO₃/Al₂O₃异质结构复合薄膜，包括由PbZrO₃薄膜构成的顶膜和由Al₂O₃薄膜构成的底膜，所述顶膜和底膜经晶化处理相复合。

进一步的，所述PbZrO₃薄膜的厚度为150～400nm，所述Al₂O₃薄膜的厚度为10～200nm。

进一步的，所述PbZrO₃/Al₂O₃异质结构复合薄膜呈现铁电极化特征，其剩余极化强度值为5～42.5μC/cm²。