[发明专利]一种无开裂锆钛酸铅镧薄膜的制备方法

说明书

发明领域

本发明主要应用于溶胶-凝胶法制备高电光系数的锆钛酸铅镧晶体薄膜，通过使用新型添加剂来抑制消除薄膜制备中的开裂现象。

背景技术

铁电材料主要指在一定的温度范围内具有自发极化的晶体材料，其显著特征是在外加电场作用下，极化取向可以发生改变，具有类似“磁滞回线”那样的“电滞回线”特性。通常具有电滞回线特性的铁电材料同时具有良好的热释电、压电、介电等电学物理性质和功能转换特性，成为当前功能材料、信息材料领域研究的热点。

铁电薄膜材料由于可以和常规Si基半导体器件集成，形成功能型集成铁电器件，广泛用于铁电存储器、微电子机械、光电子器件、热释电器件和耦合器件等微电子领域，展示出巨大的应用前景，成为国内外最活跃的高新技术研究领域之一。

锆钛酸铅镧（Pb_1-xLa_x(Zr_yTi_1-y)O₃）材料（以下简称为PLZT材料）具有介电常数大、自发极化强、电光系数高且与现有的集成工艺相兼容等特点。目前PLZT是集成光学领域的研究热点，在制作全光通信网络和光通信器件的应用上有着很好的前景。与传统的电光材料相比，PLZT材料具备很高的电光系数，并且响应时间很短，仅为纳秒量级。可以应用该材料研制高质量的电光开关、电光调制器等光波导器件，在集成光学领域具有很大的潜力。

但是目前在制备PLZT薄膜上并没有统一成熟的方法，所以PLZT薄膜的制备就成为了一个非常重要的研究课题。PLZT薄膜在制备上存在的最主要问题是易开裂，而薄膜的开裂会导致整个器件无法工作。但是目前，导致薄膜开裂的机理并没有得到彻底而充分的研究，整个薄膜制备的过程中，包括溶胶的制备，薄膜的旋涂过程，各种环境条件的影响，热处理的工艺等等都会对最终薄膜是否开裂产生很大的影响。因此，在抑制薄膜开裂的问题上，现在亟需一种行之有效且具有可重复性的研制方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种无开裂锆钛酸铅镧薄膜的制备方法，通过在溶胶-凝胶法的制备过程中加入添加剂的方法来抑制PLZT薄膜的开裂现象，进而制备出表面质量良好的PLZT薄膜。

技术方案：本发明采取溶胶-凝胶法制备PLZT薄膜。溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。

溶胶-凝胶法的四种金属盐前驱液包括：

乙酸铅  Pb(CH₃Coo)₂·3H₂O  

乙酸镧  La(CH₃Coo)₂·1.5H₂O 

钛酸四丁酯 Ti(OC₄H₉)₄

硝酸锆  Zr(NO₃)₄·5H₂O 

无开裂锆钛酸铅镧薄膜的制备方法包括以下步骤：

1）. 取三水合乙酸铅，乙酸镧，修饰剂丙烯酸加入溶剂甲醇中混合，在磁力搅拌器上40℃-60℃恒温搅拌至所得第一种溶胶均匀；

2）. 取钛酸四丁酯，乙酰丙酮，加入溶剂甲醇中混合，在磁力搅拌器上40℃-60℃恒温搅拌至所得第二种溶胶均匀；

3）. 取五水合硝酸锆，加入溶剂甲醇中混合、搅拌，直至五水合硝酸锆全部溶解之后，再加入乙酰丙酮，在磁力搅拌器上40℃-60℃下恒温搅拌至所得第三种溶胶均匀；

4）. 将步骤1）、2）所得第一种溶胶和所得第二种溶胶溶液混合，40℃-60℃下恒温搅拌至所得第一种混合溶胶均匀；

5）. 将步骤3）、4）所得的溶胶冷却至室温，加入乙醇胺，调节PH值至第二种混合溶胶变澄清；再将第二种混合溶胶置于磁力搅拌器上搅拌至均匀；

6）.将步骤5）最终所得的第二种混合溶胶样品过滤后，加入曲拉通x-100，并进行超声，然后在磁力搅拌器上匀速搅拌至此第二种混合溶胶样品均匀；