专利摘要

本发明公开了一种检测柱状自组装薄膜结构的方法，包括：分别构建材料A和与基板最稳定的界面结构a，以及材料B和与基板最稳定的界面结构b；分别计算界面结构a的界面结合能(EfA)，以及界面结构b的界面结合能(EfB)；计算界面结合能(EfA)与界面结合能(EfB)的差值，若所述差值大于零，则材料A形成为纳米柱镶嵌在材料B中；若所述差值小于零，则材料B形成为纳米柱镶嵌在材料A中。采用本发明实施例提供的判断竖直柱状自组装薄膜结构的方法能够预先确定所形成的竖直柱状自组装薄膜的结构，可以有选择性的制备竖直柱状自组装薄膜，节省了制备材料，提高了制备效率。

权利要求

1.一种检测柱状自组装薄膜结构的方法，其特征在于，包括：

采用第一性原理的方法分别构建材料A和与基板最稳定的界面结构a，以及材料B和与基板最稳定的界面结构b；

分别计算所述界面结构a的界面结合能(EfA)，以及界面结构b的界面结合能(EfB)；

计算界面结合能(EfA)与界面结合能(EfB)的差值，若所述差值大于零，则由材料A和材料B所形成的柱状自组装薄膜的结构中，材料A为纳米柱材料，材料B为基体材料；若所述差值小于零，由材料A和材料B所形成的柱状自组装薄膜的结构中，材料B为纳米柱材料，材料A为基体材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述界面结合能(EfA)的计算步骤包括：

采用第一性原理的方法分别计算：A材料形成的薄膜和基板完全弛豫后最稳定时的总能量EA(薄膜/基板)、A材料形成的薄膜完全自由时的总能量EA(薄膜)、基板完全自由时的总能量E(基板)；

根据公式计算界面结合能(EfA)，其中，公式为：界面结合能(EfA)＝[EA(薄膜/基板)-EA(薄膜)-E(基板)]/界面面积。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述界面结合能(EfB)的计算步骤包括：

采用第一性原理的方法分别计算：B材料形成的薄膜和基板完全弛豫后最稳定时的总能量EB(薄膜/基板)、B材料形成的薄膜完全自由时的总能量EB(薄膜)、基板完全自由时的总能量E(基板)；

根据公式计算界面结合能(EfB)，其中，公式为：界面结合能(EfB)＝[EB(薄膜/基板)-EB(薄膜)-E(基板)]/界面面积。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一性原理的方法的条件为：采用投影缀加波赝势PAW、电子交换关联泛函PBE中的广义梯度近似GGA和平面波截断能为450eV；其中，采用修正的四面体方法对第一性原理获得的全部数据进行优化处理，优化过程中K点的取值为3×3×1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述A材料、B材料和基板为单晶结构。

6.一种制备柱状自组装薄膜的方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1-5任一项所述的方法检测自组装薄膜的结构，确定A材料为纳米柱材料、B材料为基体材料；

采用脉冲激光沉积双靶交替生长系统对所述纳米柱材料连续打击m次后，对所述基体材料连续打击n次，打击的m次和n次构成一个打击循环；

多次进行循环打击，在基板上生长有预设厚度的薄膜；其中，循环打击过程中控制每个循环在基板上所形成的厚度同时小于所述纳米柱材料和所述基体材料的一个单胞高度；

持续通入大量氧气，控制所述薄膜的降温速度不超过0.4℃/s，直到所述薄膜冷却至室温。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，采用脉冲激光沉积双靶交替生长系统对所述纳米柱材料连续打击m次之前，还包括：

采用脉冲激光沉积系统在所述基板上生长一层厚度为10～50nm的外延氧化物底电极。

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜与器件制备技术领域，尤其是涉及一种检测柱状自组装薄膜结构的方法及其制备方法。

背景技术

随着电子器件的快速发展，器件的小型化和多功能性成为了下一代电子设备的发展方向。为了实现器件的小型化，同时开发得到更多的新性能，科学家们将多个物理属性集成到一个系统中并对其进行大量探索。其中，很多科研工作人员发现竖直自组装的异质外延纳米结构：把纳米柱材料嵌入在另一种材料的基质中，令人兴奋的是这种结构时常表现出令人感兴趣的性能，如磁电耦合效应(ME Effect)、磁阻效应(MR Effect)和光电电化学性能等等。基于此，竖直状自组装的异质外延纳米结构是非常值得研究的。但是，目前在本领域中，还没有哪一种方法能够预测材料A和材料B所形成的竖直状自组装薄膜中，哪一材料会形成纳米柱。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测柱状自组装薄膜结构的方法及其制备方法，通过构建材料A和与基板最稳定的界面结构a，以及材料B和与基板最稳定的界面结构b；计算界面结构a的界面结合能(EfA)，以及界面结构b的界面结合能(EfB)；根据界面结合能(EfA)与界面结合能(EfB)的大小确定A材料和B材料哪一种形成为竖直纳米柱，哪一种形成为基材，能够准确检测所形成的柱状薄膜的结构。技术人员可以根据上述计算结果确定该结构的薄膜是不是所需要的，如果是则技术人员对其进行大量制备，如果不是，就不需要进行制备，可以避免多次实验；同时，技术人员还可以根据材料的界面结合能设计所需的材料结构，在节约时间的同时节省了材料。

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种检测直柱状自组装薄膜结构的方法，包括：采用第一性原理的方法分别构建材料A和与基板最稳定的界面结构a，以及材料B和与基板最稳定的界面结构b；分别计算界面结构a的界面结合能(EfA)，以及界面结构b的界面结合能(EfB)；计算界面结合能(EfA)与界面结合能(EfB)的差值，若所述差值大于零，则由材料A和材料B所形成的柱状自组装薄膜的结构中，材料A为纳米柱材料，材料B为基体材料；若所述差值小于零，由材料A和材料B所形成的柱状自组装薄膜的结构中，材料B为纳米柱材料，材料A为基体材料。

进一步地，界面结合能(EfA)的计算步骤包括：采用第一性原理的方法分别计算：A材料形成的薄膜和基板完全弛豫后最稳定时的总能量EA(薄膜/基板)、A材料形成的薄膜完全自由时的总能量EA(薄膜)、基板完全自由时的总能量E(基板)；根据公式计算界面结合能(EfA)，其中，公式为：界面结合能(EfA)＝[EA(薄膜/基板)-EA(薄膜)-E(基板)]/界面面积。

进一步地，界面结合能(EfB)的计算步骤包括：采用第一性原理的方法分别计算：B材料形成的薄膜和基板完全弛豫后最稳定时的总能量EB(薄膜/基板)、B材料形成的薄膜完全自由时的总能量EB(薄膜)、基板完全自由时的总能量E(基板)；根据公式计算界面结合能(EfA)，其中，公式为：界面结合能(EfA)＝[EA(薄膜/基板)-EA(薄膜)-E(基板)]/界面面积。

进一步地，第一性原理的方法的条件为：采用投影缀加波赝势PAW、电子交换关联泛函PBE中的广义梯度近似GGA和平面波截断能为450eV；其中，采用 修正的四面体方法对第一性原理获得的全部数据进行优化处理，优化过程中K点的取值为3×3×1。

进一步地，A材料、B材料和基板为单晶结构；优选的，A材料和/或B材料为多铁材料；A材料和/或B材料为铁磁材料。

本法发明的另一方面，提供了一种制备柱状自组装薄膜的方法，包括：采用上述方法计算并确定待制备的薄膜的结构；采用脉冲激光沉积双靶交替生长系统对纳米柱材料连续打击m次后，对基体材料连续打击n次，打击的m次和n次构成一个打击循环；多次进行循环打击，控制每个循环在基板上所形成的厚度同时小于A材料和B材料的一个单胞高度。

进一步地，采用脉冲激光沉积双靶交替生长系统对纳米柱材料连续打击m次之前，还包括：采用脉冲激光沉积系统在基板上生长一层厚度为10～50nm的外延氧化物底电极。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)采用本发明实施例提供的判断竖直柱状自组装薄膜结构的方法能够预先确定所形成的竖直柱状自组装薄膜的结构，可以有选择性的制备竖直柱状自组装薄膜，节省了制备材料、提高制备效率。

(2)采用第一性原理计算两个的界面结合能的方法为自组装薄膜的晶体结构提供了预测和实验指导。

附图说明

图1是本发明一实施方式提供的检测柱状自组装薄膜结构的方法流程示意图；

图2是根据本发明第一实施例中构建的两种界面结构示意图；

图3是根据本发明第二实施例中制备柱状自组装薄膜的方法流程示意图；

图4是根据第二实施例制备的柱状自组装薄膜的结构示意图；

图5是根据第二实施例制备外延物氧化物底电极的示意图；

图6是根据本发明第二实施例制备竖直柱状自组装薄膜的装置结构示意图；

图7是根据本发明第三实施例中构建的两种界面结构示意图；

图8是根据本发明第四实施例中构建两种界面结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明一实施方式提供的检测柱状自组装薄膜结构的方法流程示意图。

如图1所示，该方法包括步骤S101-步骤S103；

步骤S101，采用第一性原理的方法分别构建材料A和与基板最稳定的界面结构a，以及材料B和与基板最稳定的界面结构b。

A材料、B材料与基板材料所构建的界面可能有很多中，分别计算A材料、B材料与基板材料所构建的多种界面结合能，分别在多种界面结合能中选择界面结合能最低的作为最稳定的界面结构a和最稳定的界面结构b，然后以最稳定的界面结构a和最稳定的界面结构b为研究对象。

需要说明的是，通过计算机建立一个数学模型，该数学模型是关于两种材料以及基板中的各个原子、原子键、以及空间结构等等是如何展现的数学模型，通过在电脑上输入A材料的晶体结构及晶格参数、B材料的晶体结构及晶格参数以及基板的晶体结构及晶格参数，由技术人员通过操作计算机，构建可能存在材料A与基板材料形成的界面结构，以及构建可能存在的材料B与基板材料形成的界面结构。

步骤S102，分别计算界面结构a的界面结合能(EfA)，以及界面结构b的界面结合能(EfB)。

具体地，界面结合能(EfA)的计算步骤包括：采用第一性原理的方法分别计算：A材料形成的薄膜和基板完全弛豫后最稳定时的总能量EA(薄膜/基板)、A材料形成的薄膜完全自由时的总能量EA(薄膜)、基板完全自由时的总能量E(基板)；根据公式计算界面结合能(EfA)，其中，公式为：界面结合能(EfA)＝[EA(薄膜/基板)-EA(薄膜)-E(基板)]/界面面积。

需要说明的是，采用第一性原理计算上述多个能量值时，由于材料A和基板的晶格常数会有稍许不同，所以材料A和基板之间会存在一定的晶格失配现象，而晶格失配现象会使制备出来的薄膜产生一定的应变，所以在计算EA(薄膜/基板)时，需通过在薄膜上调整材料A的晶格参数以使A材料和基底所形成的应变与实验结果得到的应变相一致。调整材料A的晶格参数时，可以查找参考文献即可获得相应的实验中的应变。比如说，参考数据库模型中的A材料和基板的晶体结构失配是1％，而实际生长的过程中产生相应的应变所对应的晶格失配是2％，所以在计算EA(薄膜/基板)时，调整A材料的晶格参数，使得晶格失配达到2％。

还需要说明的是，完全弛豫的是从某一个状态逐渐地恢复到平衡态的过程。这里指初始时通过计算把材料和基板结合在一起，但是，在计算的过程中，计算机会自动调节搭建的原子键位置，该原子的相对位置会稍微改变，最后结合的结构不再是技术人员通过计算机搭建的位置，从开始技术人员搭建的状态进入一个相对平衡的状态。具体地，界面结合能(EfB)的计算步骤包括：采用第一性原理的方法分别计算：B材料形成的薄膜和基板完全弛豫后最稳定时的总能量EB(薄膜/基板)、B材料形成的薄膜完全自由时的总能量EB(薄膜)、基板完全自由时的总能量E(基板)；根据公式计算界面结合能(EfB)，其中，公式为：界面结合能(EfB＝[EB(薄膜/基板)-EB(薄膜)-E(基板)]/界面面积。

需要说明的是，采用第一性原理计算上述多个能量值时，由于材料B和基板的晶格常数会有稍许不同，所以材料B和基板之间会存在一定的晶格失配现象，而晶格失配现象会使制作出来的薄膜产生一定的应变，所以在计算EB(薄膜/基板)时，需通过在弛豫薄膜上调整材料B的晶格参数以使B材料和基底所形成的应变与实验结果得到的应变相一致。调整B材料的晶格参数时，可以查找参考文献即可获得相应的实验中的应变。比如说，参考数据库模型中的B材料和基板的晶体结构失配是1％，而实际生长的过程中产生相应的应变所对应的晶格失配是2％，所以在计算EB(薄膜/基板)时，调整B材料的晶格参数，使得晶格失配达到2％。上述采用第一性原理的方法的条件为：采用投影缀加波赝势PAW、电子交换关联泛函PBE和平面波截断能为450eV；其中，采用 修正的四面体方法对第一性原理获得的全部数据进行优化处理，优化过程中K点的取值为3×3×1。也就是说，优化过程中，X、Y、Z三个方向上分别用了K点的个数为3、3、1个。

需要说明的是，在使用平面波基组对原子核外的电子波函数进行展开时，由于内层电子被束缚在原子核的芯处，这就需要非常大的基组才能获得较好的近似。而通常物质的化学性质主要是受到原子核外的价电子的影响，内层电子与其他原子核外的电子相互作用比较弱，导致原子核外的内层电子对化学性质影响的变化不大。此时，用一个假想的静电势来替代原子芯处的电子所产生的电势，这就降低了所需要计算的电子的数量以及基组的大小，大大降低了计算量，使得采用此种方法可以模拟更大的计算体系。这个假想的静电势被称为赝势。

截断能是表示平面波展开后取到多大能量的平面波，对于高能部分，展开后所占的比例非常小，而且影响计算速度，所以并不是截断能越大越好。截断能是在计算赝势中把价态电子和核(芯态)电子分开(cut off)的能量。赝势的目的就是得到一个势来最好地描述其对价态电子的行为,因此如何选择价态与芯态对赝势行为有本质的影响.在确定了价态与芯态之后,我们需要选择核区半径(截断半径)来截断核区电子的波函数,也就是所谓match radii,这个半径选取直接影响生成赝势的行为。

由于LDA是建立在理想的均匀电子气模型基础上，而实际原子和分子体系的电子密度远非均匀的，所以通常由LDA计算得到的原子或分子的化学性质往往不能够满足化学家的要求。要进一步提高计算精度，就需要考虑电子密度的非均匀性，这一般是通过在交换相关能泛函中引入电子密度的梯度来完成，即广义梯度近似GGA。

步骤S103，计算界面结合能(EfA)与界面结合能(EfB)的差值，若该差值大于零，则材料A形成为纳米柱镶嵌在材料B中；若该差值小于零，则材料B形成为纳米柱镶嵌在材料A中。若该差值等于零，则无法形成自组装薄膜，就会成为一层的薄膜或者得到的是两种材料混合在一起的一层薄膜。

也就是说，若差值大于零，则由材料A和材料B所形成的柱状自组装薄膜的结构中，材料A为纳米柱材料(Pillar)，材料B为基体材料(Matrix)；若差值小于零，由材料A和材料B所形成的柱状自组装薄膜的结构中，材料B为纳米柱材料，材料A为基体材料。

需要说明的是，A材料、B材料和基板均为单晶结构，且A材料和B材料不互融，例如，A材料的原子框架结构不能和B材料的原子框架结构形成另一种原子框架结构，假设A的原子结构为正方体，B的原子结构为长方体，A和B不会形成另一种不规则的原子结构，关于不互融的A材料和B材料可通过查阅文献查询。优选的，A材料和/或B材料为铁电材料或铁磁材料。如果A材料、B材料和基板不是单晶结构，那么将无法制备出竖直柱状自组装薄膜。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)采用本发明实施例提供的检测柱状自组装薄膜结构的方法能够预先确定所形成的竖直柱状自组装薄膜的结构，可以有选择性的制备柱状自组装薄膜，节省制备材料，提高制备效率。

(2)采用第一性原理分别计算两个材料的界面结合能的方法为自组装薄膜的晶体结构提供了预测和实验指导。

下面将结合具体的实施例详细说明一下上述方法的步骤。

实施例一

图2是根据本发明第一实施例中构建的两种界面结构示意图。

如图2所示，本实施例选择多铁材料铁酸铋BiFeO3和介电材料氧化铈CeO2为薄膜的制备材料、选择(001)方向的钛酸锶SrTiO3为基板作为例子进行详细论述，但本发明并不以此为限。由于铁酸铋BiFeO3和氧化铈CeO2没有导电性能，因此无法直接进行电学测试，需要在BiFeO3、CeO2和基板之间增加一层外延氧化物底电极。此时，由外延氧化物底电极直接与BiFeO3和CeO2接触，因此，外延物底电极相当于一层基板，在计算界面结构时，需要计算外延氧化物底电极与BiFeO3和CeO2的界面结构。本实施例外延氧化物底电极以钌酸锶SrRuO3为例。

左侧为铁酸铋BiFeO3与钌酸锶SrRuO3的最稳定的界面结构示意图，右侧为二氧化铈CeO2与钌酸锶SrRuO3的最稳定的界面结构示意图。

分别计算上述两种的界面结合能，其中铁酸铋BiFeO3与钌酸锶SrRuO3的界面结合能为-1.81J/m2，二氧化铈CeO2与钌酸锶SrRuO3的界面结合能为-3.33J/m2。

铁酸铋BiFeO3与钌酸锶SrRuO3的界面结合能与二氧化铈CeO2与基板钌酸锶SrRuO3的界面结合能差值为1.52>0。因此，铁酸铋BiFeO3、二氧化铈CeO2与钌酸锶SrRuO3构成的竖直柱状自组装薄膜中，铁酸铋BiFeO3会形成竖直柱镶嵌在二氧化铈CeO2中。

实施例二

图3是根据本发明第二实施例中制备柱状自组装薄膜的方法流程示意图。

如图3所示，该方法包括：步骤S201-步骤S203。

本实施例选择多铁材料铁酸铋BiFeO3和介电材料氧化铈CeO2为薄膜的制备材料、选择(001)方向的钛酸锶SrTiO3为基板作为例子进行详细论述，由于铁酸铋BiFeO3和氧化铈CeO2没有导电性能，因此无法直接进行电学测试，需要在BiFeO3、CeO2和基板之间增加一层外延氧化物底电极。此时，由外延氧化物底电极直接与BiFeO3和CeO2接触，因此，在计算界面结构时，需要计算外延氧化物底电极与BiFeO3和CeO2的界面结构。本实施例中外延氧化物底电极以钌酸锶SrRuO3为例。

需要说明的是，如果生成的竖直柱状自组装薄膜具有导电性，能够进行电学测试，可以不需要在基板上制备一层外延物底电极。

首先，需要采用脉冲激光沉积系统在基板(001)SrTiO3上生长一层厚度为10～50nm外延物底电极钌酸锶SrRuO3。外延物底电极钌酸锶SrRuO3的生长条件为：频率10Hz，激光能量为300mJ，靶材到基板的距离为40mm，氧压为70～150mTorr，温度为650～720℃，生长时间为20分钟。

优选的，氧压为100mTorr，温度为690℃，厚度为20nm。氧压如果氧压太低，则会使其缺氧，使晶体结构发生变化。氧压太高，则会使钌酸锶SrRuO3的表面结构变的粗糙，且生长速度变慢。温度过低，则结晶不完全，温度过高，则会破坏钌酸锶SrRuO3的晶体结构，且浪费资源。厚度过低，则导电性不好，厚度过高，浪费资源。

步骤S201,采用脉冲激光沉积双靶交替生长系统对纳米柱材料连续打击m次，然后对基体材料连续打击n次，打击的m次和n次构成一个循环打击。

具体地，对纳米柱材料铁酸铋BiFeO3连续打击m次，然后对基体材料二氧化铈CeO2连续打击n次，打击的m次和n次构成一个循环打击。

步骤S202，多次进行循环打击，在钌酸锶SrRuO3层上生长有预设厚度的薄膜，其中，循环打击过程中控制每个循环在钌酸锶SrRuO3上所形成的厚度同时小于铁酸铋BiFeO3和二氧化铈CeO2的一个单胞高度。

需要说明的是，单次循环打击的厚度对于薄膜的影响至关重要，如果厚度过厚则不会形成竖直柱状的薄膜。因此单次循环打击所形成的厚度不能超过两种材料的一个单胞高度。

具体地，靶材铁酸铋BiFeO3和靶材二氧化铈CeO2到基板的距离均为40mm；频率为10Hz；激光能量为300mTorr循环打击的温度为600-700℃，优选为650℃；氧压为70-150mTorr，优选为氧压100mTorr；n与m的比例范围为：5:75-5:300，优选为5:200。

如果循环打击的温度低于600℃，则两种材料不能很好的结晶；如果循环打击的温度高于700℃则BiFeO3形成的竖直柱状自组装薄膜中的Bi挥发，晶体的结构和铁电性能会很差。

还需要说明的是，n与m的比例范围超过5:75-5:300时，所制成的薄膜中两种材料的结构不够清楚。

步骤S203，持续通入大量氧气，控制薄膜的降温速度不超过0.4℃/s，直到薄膜冷却至室温。

具体地，当薄膜生长完成后，需迅速通入大量的氧气对薄膜进行补氧处理，同时对薄膜进行降温处理，直到薄膜降温到室温(30℃左右)。控制薄膜周围的氧压为300mTorr，降温速度不超过0.4℃/s。迅速通入大量的氧气对薄膜进行补氧处理主要是为了减少薄膜中的氧空位，从而降低薄膜漏电，提高薄膜的铁电性能。

需要说明的是，薄膜生长完成后，如果降温的速度过快，薄膜的晶体中会产生应力，对薄膜的结构有影响，因此降温的速度不能超过0.4℃/s。

通过上述方法所制备的竖直柱状薄膜，可应用于铁电存储器领域，由于铁电材料作为纳米柱镶嵌在二氧化铈CeO2中，可以实现铁电存储器存储密度的大幅度增加。

图4是根据第二实施例制备的柱状自组装薄膜的结构示意图。

如图4所示，竖直柱状自组装薄膜的形成过程为：通过脉冲激光沉积双靶交替生长系统对铁酸铋BiFeO3(图中简称为BFO)和二氧化铈CeO2交替打击，使得在外延物底电极钌酸锶SrRuO3(图中简称为SRO)上形成有一层BFO-CeO2竖直柱状自组装薄膜，该薄膜中铁酸铋BiFeO3会形成竖直纳米柱镶嵌在二氧化铈CeO2中。

图5是根据第二实施例制备外延物氧化物底电极的示意图。

如图5所示，控制脉冲激光沉积系统，使激光束打在钌酸锶SrRuO3(简称为SRO)靶材的表面上，接触到激光光斑的钌酸锶SrRuO3靶材表面因激光的高密度能量而被烧蚀蒸发，高温下的靶材颗粒、液滴在空中再次遇到高能的激光从而形成中心明亮类似火焰的钌酸锶SrRuO3羽辉，在外加激光的作用下沉积在羽辉正下方的基板(001)SrTiO3上。

图6是根据本发明第二实施例制备竖直柱状自组装薄膜的装置结构示意图。

如图6所示，控制脉冲激光沉积双靶系统，使激光束打在铁酸铋BiFeO3靶材n下，使一部分铁酸铋BiFeO3生长在钌酸锶SrRuO3上；旋转靶材交换器，使激光束打CeO2靶材m次，使一部分CeO2生长在钌酸锶SrRuO3上。重复打击多次，在外延物底电极的表面钌酸锶SrRuO3上形成一层竖直柱状自组装薄膜。

通过本发明实施例提供的制备竖直柱状自组装薄膜的装置得到的BFO-CeO2竖直柱状自组装薄膜可以应用在铁电存储器中，把自组装纳米结构中的纳米柱作为铁电材料，可以实现存储密度的大幅度增加。同时这种竖直自组装的异质外延纳米结构形成的铁电纳米柱可直接作为功能元件，避免了光蚀刻过程的潜在损伤。

实施例三

图7是根据本发明第三实施例中构建的两种界面结构示意图。

如图7所示，本实施方式选择多铁材料铁酸铋BiFeO3和铁磁材料铁酸钴CoFe2O4为薄膜的制备材料、选择(001)方向的钛酸锶SrTiO3为基板作为例子进行详细论述，但本发明并不以此为限。由于铁酸铋BiFeO3和铁酸钴CoFe2O4没有导电性能，因此无法直接进行电学测试，需要在BiFeO3、CoFe2O4和基板之间增加一层外延氧化物底电极。此时，由外延氧化物底电极直接与BiFeO3和CoFe2O4接触，因此，外延物底电极相当于一层基板，在计算界面结构时，需要计算外延氧化物底电极与BiFeO3和CoFe2O4的界面结构。本实施例外延氧化物底电极以钌酸锶SrRuO3为例。

右侧为铁酸铋BiFeO3(简称BFO)与钌酸锶SrRuO3(简称SRO)的最稳定的界面结构示意图，左侧为铁酸钴CoFe2O4(简称CFO)与钌酸锶SrRuO3的最稳定的界面结构示意图。

分别计算上述两种的界面结合能，其中铁酸铋BiFeO3与钌酸锶SrRuO3的界面结合能为-1.81J/m2，铁酸钴CoFe2O4与钌酸锶SrRuO3的界面结合能为-1.02J/m2。

铁酸钴CoFe2O4/钌酸锶SrRuO3的界面结合能与铁酸铋BiFeO3/钌酸锶SrRuO3的界面结合能差值为0.79>0。因此，可以得到结论：铁酸铋BiFeO3、铁酸钴CoFe2O4与钌酸锶(001)SrRuO3基板构成的竖直柱状自组装薄膜中，铁酸钴CoFe2O4会形成竖直柱镶嵌在铁酸铋BiFeO3中。

关于上述铁酸钴CoFe2O4与铁酸铋BiFeO3所形成的铁酸钴CoFe2O4为纳米柱材料、铁酸铋BiFeO3为基体材料、钌酸锶(001)SrRuO3为外延物底电极的竖直柱状自组装薄膜的制备方法，与上述实施例二的制备方式的方式相同，因此不在赘述。

通过实施例三的方法制备的这种竖直柱状自组长薄膜结构，与单独的铁酸钴CoFe2O4或者单独的铁酸铋BiFeO3形成的两种薄膜相比，能够显著提升铁磁性能。

实施例四

本实施例四以多铁材料铁酸铋BiFeO3和铁磁材料铁酸钴CoFe2O4为薄膜的制备材料、选择(111)方向的钛酸锶SrTiO3为基板作为例子进行详细论述由于铁酸铋BiFeO3和CoFe2O4没有导电性能，因此无法直接进行电学测试，需要在BiFeO3、CoFe2O4和基板之间增加一层外延氧化物底电极。此时，由外延氧化物底电极直接与BiFeO3和CoFe2O4接触，因此，外延物底电极相当于一层基板，在计算界面结构时，需要计算外延氧化物底电极与BiFeO3和CoFe2O4的界面结构。本实施例外延氧化物底电极以钌酸锶(111)SrRuO3为例。

左侧为铁酸铋(111)BiFeO3与钌酸锶(111)SrRuO3的最稳定的界面结构示意图，右侧为铁酸钴(111)CoFe2O4与钌酸锶(111)SrRuO3的最稳定的界面结构示意图。

分别计算上述两种的界面结合能，其中铁酸铋(111)BiFeO3与钌酸锶(111)SrRuO3的界面结合能为-1.59J/m2，铁酸钴(111)CoFe2O4与钌酸锶(111)SrRuO3的界面结合能为-4.38J/m2。

铁酸铋(111)BiFeO3/钌酸锶(111)SrRuO3的界面结合能与铁酸钴(111)CoFe2O4/钌酸锶(111)SrRuO3的界面结合能差值为2.79>0。因此，铁酸铋BiFeO3、铁酸钴CoFe2O4与钌酸锶(111)SrRuO3基板构成的竖直柱状自组装薄膜中，铁酸钴CoFe2O4会形成竖直柱镶嵌在铁酸铋BiFeO3中。

关于上述铁酸钴CoFe2O4与铁酸铋BiFeO3所形成的铁酸钴CoFe2O4为纳米柱材料、铁酸铋BiFeO3为基体材料、钌酸锶(111)SrRuO3为外延物底电极的竖直柱状自组装薄膜的制备方法，与上述实施例二的制备方式的方式相同，因此不在赘述。

通过本发明实施例四提供的方法所制备竖直柱状自组装薄膜的装置得到的BFO-CFO竖直柱状自组装薄膜能够获得磁电耦合效应(ME Effect)，与单独的铁酸钴CoFe2O4或者单独的铁酸铋BiFeO3形成的两种薄膜相比，能够显著提升铁磁性能，可以应用于电子器件中。

需要说明的是，实施例三和实施例四都是通过选择不同方向的钛酸锶SrTiO3作为基板，会导致完全不同的界面结合能，使得相同的两种物质长在不同方向的基板上，所形成的竖直柱状自组装结构是截然不同的，进一步验证了通过采用本发明实施例提供的检测柱状自组装薄膜结构的方法能够预先确定所形成的竖直柱状自组装薄膜的结构，可以有选择性的制备柱状自组装薄膜，节省制备材料，提高制备效率。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

一种检测柱状自组装薄膜结构的方法及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。