[发明专利]一种具有SiN缓冲层的BST薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及钛酸锶钡(BST)薄膜介电损耗与漏电流的双层介质薄膜材料。

背景技术

铁电材料钛酸锶钡Ba_xSr_1-xTiO₃(BST)具有非常好的铁电/介电性能，在微波可调器件与微电子材料领域有很好的应用前景。BST材料在外加一定直流偏压下，介电常数随电场变化而变化，且介电调谐率大，因此BST作为电调介质材料受到广泛研究。采用BST薄膜制备的移相器、压控振荡器、动态随机存储器(DRAM)在计算机、航空、军工国防领域具有广泛应用。一般移相器主要有铁氧体移相器、PIN二极管移相器、介质移相器三大类，与其他两类相比，BST介质移相器具有响应速度快、功耗小、工作温区宽、质量轻等优点；振荡器主要有YIG型、变容二极管型、介质薄膜型，采用BST介质薄膜的压控振荡器具有可调范围广、体积小、质量轻等许多优点；采用铁电材料BST制备的动态随机存储器的快速读写功能，又具有可檫除只读存储器器的非易失性，既利用铁电薄膜材料自发极化随外电场而反向的双稳态极化特性在断电以后存储数据仍被保留，还具有抗辐射、功耗和工作电压低、工作温度范围宽、易与大规模集成电路兼容的特点，因而可以制作铁电随机储存器、超大规模动态随机存储器。正因为BST优越的介电/铁电性能，对BST材料的研究与应用开发现已成为研究热点之一。

BST材料在微波应用中广泛采用金属-BST-金属(MIM)结构。MIM结构调谐率高，而且所加驱动电压较低。对于BST薄膜的应用的主要参数要求就是它的介电可调要满足微波调谐的范围要求，即同时介电损耗要低、薄膜漏电流要小。为了改善薄膜性能，目前许多研究采用改善薄膜的微观结构、对薄膜进行掺杂或改善薄膜与下电极界面等技术措施来提高薄膜性能。但是对于MIM结构应用的BST薄膜，它的介电损耗一般在1.5％左右，相对来说还是偏高，不利于微波器件品质因素(Q值)的提高。

发明内容

本发明提供一种具有氮化硅(SiN)缓冲层BST薄膜材料，该薄膜材料是一种具有SiN缓冲层的新型双层或多层介质薄膜材料，通过增加SiN缓冲层来降低钛酸锶钡(BST)薄膜介电损耗与漏电流，可以充分满足微波可调器件与微电子材料对BST薄膜性能的要求；本发明同时提供具有SiN缓冲层BST薄膜材料的制备方法，该方法通过在常规MIM结构的BST薄膜材料制备方法基础上增加了SiN缓冲层的制备步骤，易于实现。

本发明技术方案如下：

一种具有SiN缓冲层的BST薄膜材料，如图1至图3所示，包括衬底1、下电极2、上电极5和BST薄膜4。其特征在于，所述下电极2与上电极5之间还具有SiN缓冲层3。

上述方案中，所述SiN缓冲层3可以位于下电极2与BST薄膜4之间，也可以位于BST薄膜4与上电极5之间，形成具有一层SiN缓冲层3的BST薄膜材料；还可以即位于下电极2与BST薄膜4之间，又位于BST薄膜4与上电极5之间，形成具有双层SiN缓冲层3的BST薄膜材料。

一种具有SiN缓冲层BST薄膜材料的制备方法，其特征在于，该方法包括SiN缓冲层的制备步骤。

所述SiN缓冲层的制备步骤可以在衬底1上制得下电极2之后，在制备BST薄膜之前进行，所制备的BST薄膜材料，其SiN缓冲层位于下电极2与BST薄膜4之间。

所述SiN缓冲层的制备步骤也可以在制备BST薄膜之后，在制备上电极5之前进行，所制备的BST薄膜材料，其SiN缓冲层位于BST薄膜4与上电极5之间。

所述SiN缓冲层的制备步骤还可以在衬底1上制得下电极2之后，在制备BST薄膜之前进行；以及在制备BST薄膜之后，在制备上电极5之前进行，所制备的BST薄膜材料，其第一SiN缓冲层位于下电极2与BST薄膜4之间，第二SiN缓冲层位于BST薄膜4与上电极5之间。

采用理想串联电容模型分析SiN与BST复合薄膜，从而得到SiN与BST复合模型。具体分析如下：设两种介质薄膜的电容密度、介电损耗、薄膜厚度分别为C、tanδ(loss tangent)、d并用下标来区分不同介质。由此得到双层薄膜电容密度与介电损耗的计算式：