[发明专利]一种铁电薄膜的制备方法及应用

说明书

本申请公开了一种铁电薄膜的制备方法及应用，首先，用乙酰丙酮铪和乙酰丙酮锆为原料，乙酸和乙酸酐为溶剂，制备铪锆氧前驱体溶液，然后将此溶液进行涂覆、干化热解和高温退火后得到铁电薄膜。再将此铁电薄膜应用到电容器的结构中。本申请提供的铁电薄膜，具有良好的晶体结构和良好的铁电性能，与硅兼容性好，在氧化硅片上生长光滑致密，此外，避免了采用有毒的铅或者含铅的材料做原料，不会对环境造成污染。

技术领域

本申请涉及微电子器件领域，尤其涉及一种铁电薄膜的制备方法及应用。

背景技术

利用铁电材料具有的自发极化，且自发极化矢量可以在外电场的作用下反转的性质而实现存储功能。铁电材料的主要特征是具有铁电性，外电场可以调控极化强度的方向。这种特性使之适用于做存储器，其剩余极化(外电场强度为零)的两个状态分别对应着存储器的“0”和“1”态，并可通过改变外电场的方向来改变存储状态或通过外围电路来传感其极化状态，读取信息。

目前常用的铁电材料是钙钛矿结构的PZT(piezoelectric ceramic transducer,锆钛酸铅压电陶瓷)，但是PZT很难在硅(Si)上直接生长，与硅的兼容性差，且PZT需要使用有毒材料铅,不利于环保。

发明内容

鉴于目前PZT存在的上述不足，本申请提供一种铁电薄膜的制备方法，能够制备一种铁电薄膜，在制备过程不需要使用有毒的铅或者含铅物质做原料。

本申请要解决的另外一个技术问题是提供一种铁电薄膜的制备方法，能够制备一种铁电薄膜，所述铁电薄膜能够与硅兼容性好，能在氧化硅片上生长。

本申请进一步要解决的技术问题是提供一种铁电薄膜的制备方法，能够制备一种铁电薄膜，所述铁电薄膜具有良好的晶体结构和良好的铁电性能。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

一种铁电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

制备铪锆氧前驱体溶液：按照摩尔比为Hf:Zr＝x:(1-x)称取乙酰丙酮铪和乙酰丙酮锆并混合均匀，加入乙酸和乙酸酐混合溶液中，在惰气氛围下加热至130-150℃反应0.5-6小时，得到铪锆氧前驱体溶液(Hf_xZr₍₁-x)O₂)，其中，x的取值范围是0.2≤x≤0.8，铪和锆在铪锆氧前驱体溶液中的总浓度C为0.4mol/L；

将所述铪锆氧前驱体溶液进行涂覆、干化热解得到无定型结构薄膜，重复上述操作，直至到达所需膜厚；

将无定型结构薄膜进行高温退火得到铁电薄膜。

优选的，所述x的取值是0.5。

优选的，所述乙酸和乙酸酐的质量比为乙酸：乙酸酐＝3：1。

优选的，所述惰气氛围下加热采用加热板或者管式炉进行加热。

优选的，所述涂覆为旋涂、喷涂或者浸涂中的任一种。

优选的，所述旋涂具体为：在衬底电极或者基片上采用匀胶机以500r/min旋涂6秒后，再用3000r/min旋涂20秒。

优选的，所述衬底电极为铂电极或者氮化钛电极。

优选的，所述干化热解具体为：用管式炉在350℃温度下干化热解10分钟。

优选的，所述高温退火具体为：用管式炉在800℃温度下退火10分钟。

优选的，所述在惰气氛围下加热至150℃并反应30分钟。

本申请的另外一个目地是提供一种铁电薄膜电容。

一种铁电薄膜电容，包括依次设置的硅层、二氧化硅层、衬底电极、铁电功能层和上电极；