[发明专利]一种钌酸锶靶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钌酸锶靶(SrRuO₃，简写为SRO)的制备方法，更准确地说本发明涉及一种采用低温预烧-高温加压烧结两步法制备出高致密度的SRO陶瓷靶的方法。

背景技术

SrRuO₃(SRO)是一种具有三维、正交畸变钙钛矿结构的过渡金属氧化物，也是4d元素中唯一具有磁有序的氧化物；它具有金属导电性，室温电阻率大约为280μΩ·cm，常称为“坏金属”。

高化学稳定性和热稳定性的SRO具有高电导率，与目前广泛研究的铁电材料PZT等具有类似的晶体结构和良好的晶格匹配性，因此，SRO具有广泛的应用价值。如用作高温超导薄膜的缓冲层，高温超导Josephson结的金属层，非制冷红外焦平面阵列，微机械电子系统器件及非易失性铁电随机存取存储器等器件的电极材料。此外，作为磁性氧化物的SRO在室温下表现出顺磁性，但当温度低于160K，则表现为铁磁性。铁磁性SRO具有垂直剩余磁化强度大和磁光系数大的特点，因此可以在磁性隧道结和磁阻存储器件中得到应用(“导电氧化物SrRuO₃薄膜的生长及铁电集成性研究”，艾万勇，电子科技大学，2007年硕士论文)。由于SRO薄膜具有优良的电学和磁学性能以及广阔的应用前景，国内外针对SRO薄膜的制备开展了广泛的研究。

至今为止，已报道的SRO薄膜的生长技术主要有溅射、分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)等。这几种方法都是以SRO靶为原料制备出SRO薄膜。由于SRO本身结构的问题，市售的SRO靶致密度均比较低，只有理论计算密度的75-85％，从而会影响最终制备的SRO薄膜的各项性能。文献报道的SRO靶材制备方法有传统的固相烧结方法(Xiaohong Zhu等，Journal of Crystal Growth 268(2004)192-197；P. TIWARI等，Journal of Electronic Materials，25(1996)51-55；“SRO薄膜的直流溅射生长”，黄雄飞，电子科技大学，2005年硕士论文)，并未涉及高温热压。所报道的方法同样会导致SRO靶成型不致密，同时也会因为没有压力的存在导致SRO靶成型时易翘边变形、甚至破裂。

针对这一问题，本申请的发明人拟采用低温预烧-高温烧结两步法制备出致密度较高的SRO靶，可达理论密度的86-88％。从而引导出本发明的目的。

发明内容

本发明涉及一种钌酸锶靶的制备方法，采用低温预烧-高温加压烧结两步法制备出高致密度的SRO陶瓷靶，可达理论密度的86-88％。

材料制备方法：

本发明采用SrCO₃、Ru源按摩尔比0.95-1.06∶1配制成SrRuO₃比例混合，研磨混合均匀并压片。压片后的原料在550-950℃下预烧2-24h，反应结束后取出研磨至粉体，按SrRuO₃质量比为1-10％的比例加入粘结剂再次研磨并至均匀混合。将混匀后的粉末压成直径为10-100mm的预置圆片或者边长为5-100mm的预置方片，预置片的厚度为2-40mm。将压制得到的预置片材放入至热压模套中，并用填料进行填埋。将热压模套转移至热压炉内，温度升至400-600℃并保温1-5h；接着温度升至800-1050℃并保温1-15h；保温结束后温度升至1200-1600℃，同时在升温过程中对预置片材逐渐加压至100-200MPa，之后保温保压2-24h。结束后取出SRO片材，清除表面填料后得到SRO靶。本发明方法中在原料压片预烧时采用比较低的温度和较短的时间，使得制备的前驱物结晶性较弱、活性高、晶粒小；预置片材在排胶和应力释放后直接同位升温加压进行高温热压烧结，另外填埋加压使SRO片材烧结时受力均匀，都有利于得到致密且成型好的SRO靶。所制备的SRO陶瓷靶的密度可达理论密度的86-88％。

其中，①所述的Ru源可以是Ru、RuO₂的任一种或两种的混合物；②所述的粘结剂可以是甲基纤维素(MC)、聚乙烯醇(PVA)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和聚酰胺(PA)中的任一种或任两种的混合物；③填料可以是锆砂和氧化铝粉中的任一种或两种的混合物；④最后1200-1600℃的加压是每30-50min，加压5-20Mpa；⑤所使用的热压模套材料为碳化硅、氧化铝或氮化硼。