[发明专利]有机源混溶式制备铝镓酸铋薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铋基氧化物薄膜材料的制备方法，具体地说是一种Bi(Al_xGa_1-x)O₃铁电薄膜材料的制备方法。

背景技术

Pb(Zr_1-xTi_x)O₃(锆钛酸铅，简写为PZT)是一种性能优异的铁电材料。PZT是PbZrO₃和PbTiO₃的固溶体，具有钙钛矿型结构。PbTiO₃和PbZrO₃是铁电体和反铁电体的典型代表，因为Zr和Ti属于同一副族，PbTiO₃和PbZrO₃具有相似的空间点阵形式，但两者的宏观特性却有很大的差异，钛酸铅为铁电体，其居里温度为492℃，而锆酸铅却是反铁电体，居里温度为232℃，如此大的差异引起了人们的广泛关注。研究PbTiO₃和PbZrO₃的固溶体后发现PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能，PZT以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点。然而，由于PZT含有铅元素，致使其生产、使用过程中容易造成对环境的污染，在欧美许多国家的法律中，已经明确规定限制或禁止使用含铅的电子元器件，这极大地影响了PZT的运用。

近年来，Baettig从理论上预言了Bi(Al_xGa_1-x)O₃(铝镓酸铋，简写为BAG)具有与Pb(Zr_1-xTi_x)O₃同样优异的铁电和介电性能，由于BAG为无铅材料，使其成为PZT的潜在替换者。然而目前尚未有成熟的Bi(Al_xGa_1-x)O₃材料的制备技术。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种可精确控制薄膜厚度的时空分离式自限制性表面吸附反应制备的Bi(Al_xGa_1-x)O₃薄膜材料的方法，所述的Bi(Al_xGa_1-x)O₃薄膜材料的空间群为Pcca。实现本发明目的具体技术方案是：

一种Bi(Al_xGa_1-x)O₃薄膜材料的制备方法，该方法原料采用有机铋源、氧前驱体、铝镓有机源混合源(以下称有机铝镓源)，有机铝镓源是有机铝源与有机镓源的混合物，有机铝源和有机镓源的比例由期望得到的Bi(Al_xGa_1-x)O₃薄膜的组分、所采用的有机镓源、有机铝源种类来决定。

在本发明中，有机铝镓源通过以一定比例的三乙基铝和三乙基镓溶解于二甲苯中得到，所述比例由所需要得到的Bi(Al_xGa_1-x)O₃的组分来决定，所述二甲苯包括：邻二甲苯、间二甲苯或对二甲苯，可以是其中的一种，也可以是其中两种或三种的混合物。通常地，二甲苯为由45％～70％的间二甲苯、15％～25％的对二甲苯和10％～15％邻二甲苯三种异构体所组成的混合物。

所述Bi(Al_xGa_1-x)O₃薄膜材料的制备方法，采用专门设计的装置来完成。

所述装置包括但不限于：有机铋源容器1、有机铋源管路手动阀K1、有机铋源管路自动阀AK1、有机铋源载气管路质量流量控制器MFC1、有机铝镓源容器2、有机铝镓源管路手动阀K2、有机铝镓源管路自动阀AK2、有机铝镓源载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体源容器3、氧前驱体管路手动阀K3、氧前驱体管路自动阀AK3、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3、惰性气体容器4、惰性气体管路手动阀K4、真空反应腔、真空计、真空泵、真空泵进气口自动阀门AK4、设备控制器，真空反应腔中设有电加热器和温度传感器，设备控制器可以是PLC或FPGA或单片机系统或计算机或专门设计的电路系统；有机铋源容器1、有机铝镓源容器2、氧前驱体源容器3的容器均设有电加热器和半导体制冷器；