[发明专利]一种构造铁电薄膜材料表面形貌的方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种构造铁电薄膜材料表面形貌的方法。

背景技术

铁电材料因其具有铁电性、压电性、热释电性以及非线性光学效应等特性，在非易失性铁电存贮器(FeRAMs)、微电子机械系统(MEMS)及光电子等领域内有着极其重要的应用前景。近年来，随着薄膜晶体管，存储器，微系统小型化的趋势，铁电薄膜材料纳米尺度的形貌的构造已经引起了科学技术界极大的研究兴趣。亚微米及纳米级别的铁电薄膜形貌图形化难点之一是利用传统光刻和电子束光刻等技术加工过程中对铁电材料缺陷的引入，因此急需一种新型的纳米小尺寸铁电薄膜材料图形加工技术。

压印技术是一种古老而又新兴的材料形貌构造的办法。它具有快速，有效等优点。而且能突破传统光学图形构造尺寸的极限，从而可以大大地降低生产成本。

铁电畴是铁电材料物理基础，铁电畴的结构及其运动规律直接决定了铁电体物理性质及其应用方向。传统的铁电电畴自发极化方向改变控制主要是通过外加电压极化铁电材料。而本发明提供的方法给我们提供了另外一种控制铁电材料电畴的途径。

发明内容

本发明的目的在于提出一种构造铁电薄膜材料表面形貌的方法，以用于铁电薄膜材料形貌加工及其电畴控制。

本发明方法是通过压印技术加压力于铁电薄膜材料，在构造铁电薄膜材料表面形貌的同时实现铁电薄膜电畴自发极化方向取向有序化分布，具体步骤如下：

(1)在衬底上淀积铁电薄膜材料；

(2)用表面具有一定形貌的压印模具压印铁电薄膜材料，在铁电薄膜材料表面形成相应形貌；

(3)对被压印过的铁电薄膜材料进行热退火。

本发明中，在淀积的铁电薄膜材料上构造铁电薄膜形貌(如凹凸形貌)的方法包括纳米压印，机械压印等方法。

本发明中，铁电薄膜材料可以是锆钛酸铅、钛酸锶铋、钛酸铋镧、钛酸钡锶或聚偏二氟乙烯基铁电材料；

本发明中，淀积铁电薄膜材料方法包括旋涂，滴定等。

本发明中，衬底包括硅，铂，钌，铱，铬，金，氧化铱或玻璃等。

本发明中，热退火温度一般为600℃~700℃。

本发明所提供的构造铁电薄膜材料表面形貌及电畴自发极化取向有序化的方法可以有效实现铁电薄膜材料图形化及进行铁电电畴取向控制，应用广泛，大大降低生产成本。

附图说明

图1A-1E为依据本发明方法的实例过程剖面示意图。

图2A-2B为某一配比下的锆钛酸铅铁电材料在以1微米周期，250nm线宽的硅模板压印后的效果示意图。

图3为未经本方法加工过的同等配比的锆钛酸铅铁电材料电畴自发极化相位图。

图中标号：100衬底，102铁电薄膜，102-1压印过后的铁电薄膜，104光栅结构的压印模具。

具体实施方式

下文结合图示在参考实施例中更具体地描述本发明，本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了方便说明，放大了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。

参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，在本发明实施例中，均以光栅结构表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。

图1为依据本发明方法应用的实例的制备过程剖面示意图。

图1A为衬底100的横截面图。所选择的衬底可以为硅，铂，钌，铱，铬，金以及氧化铱，玻璃等。本文中实例选择的是铂衬底。

图1B为在衬底100上旋涂一层铁电薄膜材料102后的横截面图，铁电薄膜材料可以为锆钛酸铅、钛酸锶铋、钛酸铋镧、钛酸钡锶或聚偏二氟乙烯基铁电材料。本实例使用溶胶-凝胶法制备锆钛酸铅铁电薄膜。按一定的化学计量比，以乙酸铅、甲醇、钛酸丁酯、丙醇锆、乙酸为原材料，通过水浴加热混合制成锆钛酸铅溶胶先体。以3000~3200r/min，在衬底100上，用旋涂机旋涂锆钛酸铅溶胶先体30~35秒，然后在170~180摄氏度的热板上加热3~4分钟，最后在350~355摄氏度的热板上加热5~6分钟，从而得到一层铁电薄膜。在第一层铁电薄膜上，用旋涂机以3000~3200r/min旋涂锆钛酸铅溶胶先体30~35秒，等待3~4分钟，获得第二层铁电薄膜，如此往复旋涂4~6次。之后在50~60摄氏度热板上加热5~6分钟，从而最终得到铁电薄膜102。

图1C为利用压印模具104加工压印铁电薄膜材料后的横截面图，加工方法可以为纳米压印，机械压印等。本实例采用具有光栅结构的模具纳米压印技术。