[发明专利]一种取向生长的介电常数可调钛酸锶铅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及介电薄膜，特别涉及一种取向生长的介电常数可调钛酸锶铅薄膜的制备方法。

背景技术

随着微波通信、车载电话、卫星通讯等技术的飞速发展，铁电材料由于具有介电非线性特性而受到重视，利用其介电常数电场可调性可制备微波电路中的电场可调谐振器、振荡器、滤波器及移相器等，应用前景十分乐观。作为微波介电材料，为了在可调微波器件中得到更好的应用，材料应具有较高优值(可调性与介电损耗的比值)。目前研究主要集中于钛酸锶(SrTiO₃)和钛酸锶钡(BST)及其掺杂系列。其可调性一般在50％左右，介电损耗在10^-2量级，综合反映材料可调性的优值一般在300以下。而对于钛酸锶铅(PST)来说主要开始于Cross等于2001年在International Journal of Inorganic Materials(YoshitakaSomiya，Amar S.Bhalla，L Eric Cross，International Journal of Inorganic Materials 3(2001)709-714)上报道的对PST陶瓷块材的研究，发现PST在具有较高的可调性(70％)同时还有相当低的介电损耗(<0.1％)和更低的热处理温度，是一种互溶性较好的钙钛矿铁电材料，并且其居里点温度T_c可较容易地调至室温附近，介电温度系数较大，非常适用于电场调节元件的材料，被认为是在微波可调器件上极有应用潜力的材料。

随着器件小型化、集成化的发展及薄膜制备工艺的提高，薄膜材料表现出了它特有的优越性，越来越受到研究人员的重视。PST块体材料优良的性能同样吸引了研究人员对PST薄膜材料进行了研究，但与BST等材料相比，PST薄膜的研究工作起步较晚，特别是对于其改性的研究进行得还很不充分。

铁电薄膜材料的外延或取向制备是薄膜改性研究中的一种重要手段，众所周知，铁电材料存在极轴，并且会对外场产生响应，材料的许多电学、光学等性能都随着其内部晶粒取向的不同而产生差异，具有各向异性的特征。在材料制备过程中进行取向控制，制备取向薄膜，对于提高其性能和拓展其在不同领域内的广泛应用具有非常重要的意义。许多文献也都报道了具有一定择优取向的薄膜材料往往具有更为优异的介电性能。目前，制备PST取向薄膜大部分采用单晶基板并以外延机制实现，如利用MgO、NdGaO3、LaAlO₃、LaNiO₃即可获得取向的PST薄膜，包括S.W.Liu等在APPLIED PHYSICS LETTERS 87，142905_2005、90，042901_2007_，Y.Lin等在APPLIED PHYSICS LETTERS 84，4(2004)577-579，S.W.Liu等在APPLIED PHYSICS LETTERS 85，15(2004)3202-3204及Kyoung-Tae Kim等在Thin Solid Films，447-448(2004)651-655上发表的文章就阐述了在MgO、NdGaO3、LaAlO₃、LaNiO₃上择优取向的PST薄膜的形成和可调性等，并显示出了薄膜很好的介电性能。但是由于他们在薄膜的取向制备时均依赖于单晶基板的使用，大大增加了制备成本，限制了材料的应用范围；同时高度取向或者外延特性的获得主要是通过PLD方法来实现的，不仅成本较高，更是不易于大规模的实际应用及工业化。因此，如果能够找到一种新的在无规则的非单晶基板上制备出高度择优取向或外延的PST薄膜的工艺或方法，对于降低工艺成本和提高PST材料的应用范围都具有非常实际的意义，并且能够为其它铁电材料的制备提供可以借鉴的方法和思路。

PT也是一种典型的铁电材料，具有与PZT、PST等相类似的钙钛矿结构和晶格常数，其作为诱导层或缓冲层能够提高PZT薄膜的铁电性能已有相关报道。如果能够制备出取向生长的PT薄膜，并将其作为取向诱导层应用到PST薄膜的制备上，相信对于PST薄膜的取向制备与性能优化将得到十分积极的结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种取向生长的介电常数可调钛酸锶铅薄膜的制备方法，是通过钛酸铅(PT)取向诱导层的使用在无规取向基板上沉积制备介电常数可调的择优取向钛酸锶铅(PST)薄膜材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：