[发明专利]一种高锆含量铅系复合反铁电薄膜的低温制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高锆含量铅系复合反铁电薄膜的制备方法技术领域。

背景技术

由于多离子掺杂锆酸铅(Pb_0.97La_0.02)(Zr_1-x-ySn_xTi_y)O₃(x≤0.45，y≤0.10)系反铁电材料具有奇特的双电滞回线、巨大的电致应变以及优异的热释电性能，因而有望在铁电存储器、非致冷热释电探测器、光波导、光调制器和微驱动器等微电子领域中得到应用。随着集成硅工艺的出现，反铁电薄膜材料的应用研究得到了极大的关注。一般来说，硅集成工艺要求薄膜生长温度应低于500℃以防止因扩散而引起的性能恶化。但是目前研究发现，利用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO₂/Si基底上沉积含高锆含量铅系反铁电薄膜通常需要在600℃以上处理才能使其晶化。因而，低温生长是锆酸铅反铁电薄膜在实际应用中所急待解决的难题。

目前研究和使用较多的低温制备技术主要有溅射法、激光闪蒸法(PLD)及水热法。然而这些方法均不适宜于大面积制备性能优良的薄膜材料，这是因为溅射法和激光闪蒸法所需设备昂贵，难以大面积成膜，同时由于是在比较低的氧分压下成膜，其氧缺陷难以消除，影响薄膜的性能；而水热法一般需要较高的压强，且工艺重复性差。

溶胶-凝胶以其化学计量比控制准确、成膜面积大且均匀、设备简单等优势而为人们所采用。然而，利用这种方法直接在Pt电极上生长薄膜反铁电材料，需要的晶化温度一般在650℃才具有较好的电学性能。因此，以溶胶-凝胶方法为基础在低温(500℃)下制备含铅复合反铁电薄膜的研究有着极为重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高锆含量铅系复合反铁电薄膜低温生长的新方法，使其能够在硅集成工艺中得到实际应用。

本发明提出的低温生长铅系钙钛矿结构反铁电薄膜的方法，是一种化学制备方法，即溶胶-凝胶法，前驱体溶液的浓度控制在0.05M-0.3M之间，但其衬底采用LaNiO₃/SiO₂/Si或LaNiO₃/Si，使反铁电薄膜在LaNiO₃底电极材料的诱导作用下，在450℃左右的低温下结晶，获得良好的锆酸铅系钙钛矿结构反铁电薄膜。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案如下：

一种高锆含量铅系复合反铁电薄膜的低温制备方法，包括如下步骤：

a、采用溶胶凝胶法配制不同组分的(Pb_0.97La_0.02)(Zr_1-x-ySn_xTi_y)O₃(x≤0.45，y≤0.10)的前驱溶液，前驱体溶液的最终浓度控制在0.05-0.3M；

b、采用旋转涂覆的方式在LaNiO₃/SiO₂/Si或LaNiO₃/Si基片上涂覆凝胶膜，将涂覆好的凝胶膜在450℃-500℃放置5～20分钟，取出后冷却至室温，再涂覆下一层凝胶膜，循环往复直到获得所需厚度的薄膜；

c、再将涂覆好的薄膜在450℃-500℃下处理30-60分钟，最后溅射上电极。

上述的步骤a中，前驱体溶液的溶质为醋酸铅、醋酸镧、醋酸锡以及有机锆、钛，溶剂为冰醋酸和水。

上述的步骤b中，旋转涂覆时旋转速度为3000～5000转/分、时间10～30秒。

本发明的有益效果：

本发明利用溶胶凝胶的方法、以LaNiO₃/SiO₂/Si或LaNiO₃/Si为基底，每一次旋转涂覆后在较低温度下处理，使其在钙钛矿结构的LaNiO₃电极材料的诱导下在450℃左右的温度下结晶，最后再在500℃左右的温度下使薄膜的晶粒长大，使薄膜具有良好的电学性能，从而得到理想的材料。

附图说明

图1是制备在Pt/Ti/SiO₂/Si和LaNiO₃/Si为基底上的(Pb_0.97La_0.02)(Zr_0.87Sn_0.10Ti_0.03)O₃的X射线衍射图谱(XRD)。