[发明专利]一种人构性高介电常数的介电薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种人构性高介电常数的介电薄膜，其特征在于，该介电薄膜包括多个周期性重叠的子薄膜单元，每个子薄膜单元由低漏电材料的子薄膜与高介电材料的子薄膜重叠构成，每一层子薄膜的厚度均小于1nm；所述介电薄膜的最底层和最上层均为低漏电材料的子薄膜；所述低漏电材料的子薄膜采用一种或者多种不同材料，其漏电流密度小于1×10^-3A/cm²；所述高介电材料的子薄膜采用一种或者多种不同材料，其相对介电常数大于30；所述介电薄膜采用三种以上不同材料，每个子薄膜单元中，各子薄膜由最底层按漏电流先递增再递减的顺序排列，或按禁带宽度先递减再递增的顺序排列。

2.根据权利要求1所述的一种人构性高介电常数的介电薄膜，其特征在于，每个子薄膜单元中，最底层的子薄膜为介电常数最小的子薄膜。

3.根据权利要求1或2所述的一种人构性高介电常数的介电薄膜，其特征在于，所述低漏电材料的子薄膜采用本征的或掺杂的氧化铪、硅酸铪、氧化锆、硅酸锆、钆酸镧、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钽或以它们为基础的合金、混晶中的一种或者多种；所述高介电材料的子薄膜采用本征的或掺杂的氧化钛或以其为基础的合金、混晶中的一种或者多种。

4.根据权利要求1或2所述的一种人构性高介电常数的介电薄膜，其特征在于，所述介电薄膜的下表面、上表面、或分别在其上表面和下表面设有一层几纳米厚的漏电流阻挡层；所述漏电流阻挡层采用无机氧化物材料或有机自组装单分子层材料。

5.一种人构性高介电常数的介电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在基底上生长厚度小于1nm的低漏电材料的子薄膜，然后在该子薄膜上生长厚度小于1nm的高介电材料的子薄膜；

（2）重复操作步骤（1），交替沉积低漏电材料的子薄膜和高介电材料的子薄膜；所述低漏电材料的子薄膜采用一种或者多种不同材料，其漏电流密度小于1×10^-3A/cm²；所述高介电材料的子薄膜采用一种或者多种不同材料，其相对介电常数大于30；所述介电薄膜采用三种以上不同材料，每个子薄膜单元中，各子薄膜由最底层按漏电流先递增再递减的顺序排列，或按禁带宽度先递减再递增的顺序排列；

（3）最终在高介电材料的子薄膜上生长厚度小于1nm的最上层低漏电材料的子薄膜，从而形成人构性高介电常数的介电薄膜。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）的每个子薄膜单元中，最底层为介电常数最小的子薄膜。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，在所述介电薄膜的下表面、上表面、或分别在其上表面和下表面再沉积一层几纳米厚的漏电流阻挡层；所述漏电流阻挡层采用无机氧化物材料或有机自组装单分子层材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述无机氧化物材料为采用原子层方法或化学气相方法沉积的本征的或掺杂的氧化铪、硅酸铪、氧化锆、硅酸锆、钆酸镧、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钽或以它们为基础的合金、混晶中的一种或者多种。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机自组装单分子层材料采用磷酸正十八酯、1-十四基磷酸、1-癸基磷酸或1-丁基磷酸形成的自组装单分子层。

10.如权利要求1所述一种人构性高介电常数的介电薄膜的应用，其特征在于，所述介电薄膜用于SiC、 GaN、InGaZnO或Si 的MOSFET、薄膜晶体管、氧栅或能量存储器。