[发明专利]纳米Ag颗粒-(Ba0.65，Sr0.35)TiO3渗流型复合陶瓷薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及介电薄膜技术领域，特别涉及一种渗流型复合陶瓷薄膜(Ba，Sr)TiO₃-Ag_x(BST-Ag)的制备方法。

背景技术

自上世纪90年代以来，随着移动电子产品如手机、个人电脑等的发展，电子器件向小型化﹑高性能化﹑节电化的方向不断发展，其中电容作为电子芯片﹑大规模集成电路的组成元件，也在小型化﹑集成化等方面被提出更高的要求，因而用来制造电容的介电材料需要有更高的介电常数。

钛酸钡(BTO)是一种具有钙钛矿结构的铁电材料，因其具有良好的介电性能而得到了广泛研究。钛酸钡的居里温度为120℃，室温下钛酸钡处于四方铁电相。而钛酸锶(STO) 是另一种具有钙钛矿结构的铁电材料，室温下为立方相（T_C =-168℃，T_C：居里温度），并且结晶温度较低，相对介电性能较差。由于Ba²⁺、Sr²⁺的半径相差不大（分别为0.135nm、0.113nm），钛酸锶与钛酸钡可以生成连续固溶体(Ba_1-xSr_x)TiO₃(BST)，其中x代表其中锶的摩尔分数（Sr/Ti摩尔比），通过改变BST中Ba/Sr比（即改变x的值），可以调节固溶体的居里温度，当x在0.30~0.40的范围内时BST居里温度与室温接近。BST同时还表现出较好的可调性，并且BST本身具有较高的介电常数、快的响应速度、好的抗击穿能力，其薄膜型的材料可应用于许多电子领域，如动态随机存储器、微波调谐器件、微电容器、大规模集成电路及可调器件等。

随着微电子领域更加广泛深入的发展，对于电子器件的小型化与介电性能提出了越来越高的要求，而现有技术仍然多集中在传统介电材料的改性研究，即在单相钛酸锶钡薄膜中通过掺杂、完善制备工艺等手段优化其介电性能，由于单相介电材料的研究已经非常成熟，这样做的效果是有限的。渗流理论的提出为介电材料的研究提供了一种新的思路，根据这一理论，在介电体中引入弥散分布的金属相导电颗粒，由于导体颗粒或者导体颗粒形成的团簇分散在绝缘体基质中相当于在绝缘体中引入了表面积很大的微电极，等效于减小了外电极间的有效距离，增大了外电极的有效接触面积，从而能够使复合材料的表观介电常数得到大幅度提高。渗流效应已经在一些块体复合陶瓷材料中得到了实现，但是对于金属-介电相复合薄膜，与块材料不同，由于薄膜在厚度方向上尺度有时仅为几百纳米，如果金属相的颗粒尺度过大，或分布不均匀、在局部区域过于集中，则薄膜在厚度方向上很容易形成导电的通路而将上下电极导通，造成在两个电极之间出现短路，因而实施起来还存在困难。溶胶凝胶法是一种制备薄膜材料的常用方法，具有化学组分易精确控制、操作简便、成本低等优点，同时也有利于形成金属相与介电相的原位复合。然而对于特定的体系，需要具体解决两方面问题：一方面是制备出稳定的溶胶先驱体，这是成功制备薄膜的前提；另一方面是控制金属相的价态与尺寸，防止其被氧化或者长大，这样在薄膜中得到纳米金属颗粒弥散分布的结构，才能够实现渗流效应，进而提高介电常数。现有技术已成功制备出其他体系的渗流型复合陶瓷薄膜，如ZL200710068236.9中，已经报道了一种制备Ag-PbTiO₃的方法，先获得两相复合的薄膜，然后在还原气氛下进行热处理以形成银纳米颗粒。虽然这种方法解决了纳米银颗粒在这种复合体系中的形成问题，但其体系相对简单，单溶剂以及络合剂的使用对于更为复杂的Ag-(Ba，Sr)TiO₃体系不能适用，并且在热处理过程中使用还原气氛也增加了制备工艺的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米Ag颗粒-(Ba_0.65，Sr_0.35)TiO₃渗流型复合陶瓷薄膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该纳米Ag颗粒-(Ba_0.65，Sr_0.35)TiO₃渗流型复合陶瓷薄膜以多晶钙钛矿相陶瓷为基质并在该基质中分散有纳米银颗粒，所述多晶钙钛矿相陶瓷为(Ba_0.65，Sr_0.35)TiO₃，所述纳米银与(Ba_0.65，Sr_0.35)TiO₃的摩尔比为0.2～0.6:1。