一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料及制备方法

本发明涉及存储材料领域，具体涉及一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料及制备方法。

背景技术：

1、铁电性是制备新型铁电随机存取存储器（ferroelectric random accessmemory，feram）不可或缺的特性。铁电随机存取存储器的读写速度与动态随机存储器相当，且数据在断电后不丢失、低功耗、长寿命、易集成，在航空航天、人工智能等领域应用前景广阔。现有的铁电随机存取存储器材料主要有锆钛酸铅（pzt）基、钛酸锶（srtio3）基与氧化铪（hfo2）基材料。pzt的优点是电滞回线矩形度高、剩余极化强度大和矫顽场低，但其制备与应用因其铅元素的毒性而受限；srtio3的电滞回线矩形度和剩余极化偏低，不利于数据存储；hfo2虽然电滞回线矩形度较高、剩余极化较大，但其矫顽场过高，不利于极化翻转。因此，制备兼具环境友好且电滞回线矩形度高、剩余极化强度适中、矫顽电场低的铁电材料，是铁电随机存取存储器领域亟待解决的研究课题。

2、铌酸钾knbo3因其nb5+偏离nbo6八面体对称中心而具有自发极化。室温knbo3的理论自发极化强度高达43.3 μc/cm2，是具有应用潜力的铁电存储器材料。但在纯knbo3铁电材料在外电场撤去后会出现畴自发翻转、畴壁自发位移现象，导致电滞回线矩形度和剩余极化大幅下降。要实现高电滞回线矩形度和剩余极化，需增大knbo3电畴转向和畴壁位移的钉扎效应，如通过掺杂mn元素可引入点缺陷，对畴和畴壁形成钉扎，达到增大介电常数且提高热稳定性的目的。因此，寻找到一种新配方和配套改进方法，实现高的电滞回线矩形度、适中的剩余极化强度和低的矫顽电场强度，可以满足应用环境与性能要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料及制备方法，以提高铌酸钾基无机材料的电滞回线矩形度和剩余极化强度。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料，化学组成式为：(1-x)(0.998knbo3 - 0.002fe) - xmno2，0.0001≤x≤0.003；

3、上述铌酸钾基材料的制备方法如下：

4、(1)配料

5、按照(1-x)(0.998knbo3 - 0.002fe) - xmno2 (x = 0.0001、0.0005、0.001、0.002)化学计量比，使用高精度的电子天平，分别称取k2co3、nb2o5、fe和mno2原料。

6、(2)研磨

7、将准确称量得到的混料使用玛瑙研钵研磨4 h。

8、(3)预烧

9、将研磨完成后的混料移入氧化铝坩埚内，并置于马弗炉中，从室温开始以5 oc/min的速度升温至100 oc保温30 min，再以相同的速率升温至270 oc保温120 min，再升温至720 oc保温180 min后自然冷却至室温。

10、(4)球磨烘干

11、将预烧后的粉料移入球磨罐内，以无水乙醇为介质使用玛瑙球磨球球磨8 h，将浆料倒入瓷盘自然风干后加热至100 oc保温1 h。

12、(5)研磨

13、使用玛瑙研钵对烘干后的粉料研磨2 h。

14、(6)加胶

15、在粉料中加入5 wt.% pva胶水。

16、(7)研磨

17、加完胶水后继续对粉料研磨1 h。

18、(8)预压

19、将粉料装入密封袋后使用在单轴8 mpa的压强下压实1 min。

20、(9)研磨

21、压实后粉块使用玛瑙研钵研磨2 h。

22、(10)过筛

23、使用300目筛子对粉料过筛。

24、(11)压片

25、将过筛后的粉料在单轴8 mpa的压强下压制成直径为10 mm，厚度约为1 mm的圆片。

26、(12)排胶

27、将圆片放入坩埚并置于马弗炉内，从室温开始以2 oc/min的速率加热，温度在到达100 oc、150 oc、200 oc、300 oc、400 oc、500 oc或600 oc时均保温30 min，达到700 oc时保温2 h。

28、(13)烧结

29、将圆片置于马弗炉内，从室温开始以5 oc/min的速率加热，当温度到达100 oc或700 oc时均保温30 min，达到1020~1040 oc时保温2 h。

30、(14)磨片

31、烧结后的圆片通过600、1200和2000目砂纸打磨至0.11~0.15mm厚，再利用金相砂纸抛光，用酒精搽拭干净。

1.一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料，其特征在于：

2.根据权利要求1所述，一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料的制备方法，其特征在于它由以下步骤组成：

3.根据权利要求2所述的一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所用原料及纯度为k2co3 (99.00%)、nb2o5 (99.00%)、fe(98.35%)和mno2 (99.00%)。

4.根据权利要求2所述的一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)、(13)中，升温速率均为5 oc/min。

5.根据权利要求2所述的一种可用于铁电随机存取存储器的铌酸钾基材料的制备方法，其特征在于：步骤(14)中，圆片的厚度大于0.30 mm时，使用600目砂纸打磨；厚度在0.20~0.30 mm时，使用1200目砂纸打磨；厚度在0.11~0.20 mm时，使用2000目砂纸打磨，最后利用金相砂纸抛光。