[发明专利]一种含缺陷偶极子的柔性铁电薄膜及制作方法

说明书

本发明公开了一种含缺陷偶极子的柔性铁电薄膜及制作方法；其主要包括：云母衬底，以及在云母衬底上依次生长的缓冲层CoFe₂O₄薄膜、底电极层SrRuO₃薄膜和铁电功能层Pb(Zr_0.2Ti_0.8)O₃薄膜。在制作方法中均采用脉冲激光沉积工艺，通过使用不同的工艺参数，控制Pb(Zr_0.2Ti_0.8)O₃铁电薄膜中Pb离子的挥发，从而在铁电薄膜中引入Pb离子空位与O空位结合形成缺陷偶极子。在铁电功能层中引入缺陷偶极子可以有效地调控铁电畴翻转过程，从而提高其极化状态的改变量，在室温附近产生巨电卡效应在施加和撤去外电场前后极化强度的改变量可达50μC/cm²；在固态制冷领域上具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电子材料技术领域，更具体的说是涉及一种含缺陷偶极子的柔性铁电薄膜及制作方法。

背景技术

铁电材料具有在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化在电场作用下可以发生变化的特性，在近几十年的功能材料中引人注目。由于铁电材料具有非常好的介电性、压电性和热释电性等多种不同的性质，其在非易失性随机存储器、传感器、电容器和换能器等方面具有广阔的应用前景。

铁电材料的电卡效应是指在绝热条件下，施加或移除外电场能引起铁电体极化强度的改变，从而导致材料温度发生变化的现象。在不加外电场时，铁电体内部电偶极子任意取向，材料处于极化无序状态，此时具有较大的系统熵，如果对材料施加外电场，则电偶极子成高度取向一致，材料从极化无序状态转变成有序状态，从而引起系统熵的减小，绝热条件下系统与外界没有热交换，材料极化状态的改变会向外界放出热量，导致环境温度升离。如果移除外加电场，材料从极化有序状态转变成无序状态，绝热去极化过程会使材料吸收热量，从而引起环境温度降低。然而，大部分铁电材料在居里温度之上，才能具备巨电卡效应，同时要给铁电材料施加高压电场，可能导致铁电材料遭到破坏而失去巨电卡效应。

综上所述，铁电材料在撤去电场后其极化值变化越大，其系统熵的增加越多，在去极化过程吸收的热量也就越多。

因此，在铁电材料的电卡效应领域提供一种在撤去外加电场过程中能够具有较大极化值变化的铁电薄膜是本领域亟需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种含缺陷偶极子的柔性铁电薄膜及制作方法。与传统正常的铁电薄膜相比，在撤去外加电场过程中本发明设计的铁电薄膜具有较大的极化强度变化；同时在固态制冷方面具有广阔的应用前景。

为了实现上述效果，本发明目的之一提供了一种含缺陷偶极子的柔性铁电薄膜，

包括：云母衬底，以及在所述云母衬底上依次生长的缓冲层、底电极层和铁电功能层。

优选的，在上述一种含缺陷偶极子的柔性铁电薄膜中，所述缓冲层的材料为CoFe₂O₄薄膜，厚度为8-15nm。

优选的，在上述一种含缺陷偶极子的柔性铁电薄膜中，所述底电极层的材料为SrRuO₃薄膜，厚度为25-50nm。

优选的，在上述一种含缺陷偶极子的柔性铁电薄膜中，所述铁电功能层的材料为Pb(Zr_0.2Ti_0.8)O₃薄膜，厚度为240-320nm。

采用上述的技术方案，至少有如下技术效果：

一方面由于云母衬底层与层之间是由范德华力链接而不是化学键，这使得云母片非常容易分层，可以得到非常薄的云母衬底，具备良好的柔性和热稳定性。