[发明专利]具有镍酸锂缓冲层的外延钛酸锶铅薄膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用PLD法制备一种具有镍酸锂缓冲层的外延钛酸锶铅薄膜及制备方法。

背景技术

近年来，微波可调介电材料已广泛应用于微波可调元器件上，如相控阵天线上的移相器，谐振器，滤波器等。就研究体系而言，目前主要集中在钙钛矿相铁电材料，如钛酸锶钡(BST)及其掺杂系列。由于各种薄膜制备技术均有其自身的不足，加之影响薄膜质量的工艺因素较多，迄今为之，尚未获得同时具备非常理想得高调谐性和低损耗的材料。最近Cross等发现钛酸锶铅(PST)陶瓷具有较高可调性和相当低的介电损耗，是一种非常适用于电场调节元件的材料。与BST相比，特别作为薄膜材料，PST的铁电临界尺寸较小，晶化温度较低，制备工艺与Si微电子工艺兼容，更能够满足高性能的Si基集成电路的需要，对推动现代器件发展的小型化和集成化具有十分重要的意义。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的(可调性能和介电损耗的比值)。因而，介电材料应具有如下性能：在微波频率下，一方面，介电常数要低，缺陷要少，介电损耗和漏电电流低；另一方面，在直流偏压电场下，介电常数的变化要大，有较高的可调性能。

随着现代器件发展的小型化和集成化，薄膜材料表现出了它特有的优越性，因而薄膜材料的研究已经得到了相当的重视。同样，对PST薄膜的研究工作也已经开始，现已有报道用溶胶-凝胶方法获得PST薄膜的介电常数可调性约(50％～20％)、介电损耗为(2～5％)。与Cross等人报道的数据相比，薄膜的性能还远未达到期望值，因此许多问题急待深入地研究和解决。

通过掺杂及取向等方法，可以有效地对材料进行改性。而通过外延方法制备外延取向材料，可以实现材料的单晶生长、缺陷控制和结晶性能改善等，达到优化材料性能的目的。已有报道在单晶材料基板如STO(001)，MgO(001)，Si(001)等上直接沉积制备PST薄膜材料，得到很有意义的结果。其中，由于MgO基板透明且具有较小的介电常数和介电损耗，被视为最理想的基板材料之一。然而，由于MgO基板材料与PST薄膜材料的晶格常数并不完全匹配，导致薄膜与基板之间存在应力，极大地降低了薄膜的介电性能。S.W.Liu等已在Applied Physics Letters，2005 Vol.87 No.142905撰文指出，虽然MgO(001)为适合于制备外延PST的基板之一，但所得薄膜的介电可调性仅为30％～40％，这与Cross等人报道的数据相比相差较大，也即获得的结果还不十分理想。从以往对材料的相关研究结果中可以知道，增加缓冲层对相关材料的性能会产生较大的影响，因而为了获得最佳的介电性能和微波可调性能，可以考虑利用缓冲层来提高PST薄膜与基板材料的匹配度，以提高PST薄膜在MgO基板上的介电性能。但是，缓冲层的存在显然会妨碍MgO基板对PST薄膜的外延作用。再一方面，考虑到MgO基板本身不导电，而实际应用则需要一层导电的底电极，因此必须解决在MgO基板和PST之间引入导电电极的问题。因而，若能开发一种既导电又具有外延生长传递功能且同时具有缓冲层作用的材料才能解决存在的问题。目前只有在Si(001)基板上沉积PST薄膜时利用LaNiO3层达到了既具有导电作用，又具有外延生长传递功能的目的，但是由于LaNiO3在MgO(001)基板上为(110)取向，因此不能用于(001)取向PST薄膜的制备。本发明采用镍酸锂作为导电及外延生长传递的缓冲层，成功地在MgO(001)基板上制备了(001)取向、外延的PST薄膜。且这种外延PST材料的各项介电性能均十分优异，尤其是材料的介电可调性能达到了40％～70％，具有相当好的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供用PLD法制备一种具有镍酸锂缓冲层的外延钛酸锶铅薄膜及制备方法。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

1、一种具有镍酸锂缓冲层的外延钛酸锶铅薄膜

在MgO基板的一面上沉积一层缓冲层导电电极LNO薄膜，在缓冲层导电电极LNO薄膜上再沉积一层钙钛矿相PST薄膜。

所述的钛酸锶铅薄膜透过率为30％～60％，电导率为2×10^-3～3×10^-3Ωm。

2、一种具有镍酸锂缓冲层的外延钛酸锶铅薄膜的制备方法，该方法的步骤如下：