[发明专利]一种高介电性能钛酸铜钙外延薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种高介电性能钛酸铜钙外延薄膜的制备方法，其特征在于：首先利用溶胶凝胶法制备钙、铜、钛的溶液，再合成CCTO溶胶；其次，清洗SrTiO₃(001)基片，利用浸渍提拉法在基片上制备CCTO凝胶薄膜；最后在不同的气氛和温度下热处理得到单一取向的CCTO薄膜，具体步骤如下：

（1）CCTO溶胶的制备

分别制备得到钙、铜、钛的溶液，将三种溶液混合均匀后陈化24h，得到前驱体溶胶；其中钙以醋酸钙为先驱体，丙酸或甲基丙烯酸为络合剂；铜以醋酸铜为先驱体，丙酸或甲基丙烯酸为络合剂；钛以钛酸四丁酯为先驱体，醇为溶剂配制钛溶胶；

（2）CCTO凝胶膜的制备

将前驱体溶胶利用浸渍提拉法在SrTiO₃(001)基片上制备得到CCTO凝胶薄膜，随后将其放入烘箱中烘干，重复上述步骤至合适的薄膜厚度；

（3）CCTO薄膜的热处理

将步骤（2）得到的薄膜在不同的氮氧混合气体及温度下进行热处理，得到单一取向的CCTO薄膜；

所述步骤（1）中钙溶液的制备步骤如下：在湿度小于30％的手套箱内将醋酸钙加入到醇溶剂中，滴入络合剂，40-80℃加热条件下搅拌2h溶解得到澄清透明溶液A，溶液中醋酸钙：络合剂：醇溶剂的摩尔比为1：（2~4）：（10~40），所述的醇溶剂为甲醇、乙醇或乙二醇甲醚中的任意一种；

所述步骤（1）中铜溶液的制备步骤如下：在湿度小于30％的手套箱内将醋酸铜加入到醇溶剂中，滴入络合剂，40-90℃加热条件下搅拌2h得到蓝绿色透亮溶液B；溶液中醋酸铜：络合剂：醇溶剂的摩尔比为1：（3~10）：（10~40），所述的醇溶剂为甲醇、乙醇或乙二醇甲醚中的任意一种；

所述步骤（1）中钛溶液的制备步骤如下：在湿度小于30％的手套箱内将钛酸四丁酯加入到醇溶剂中，搅拌2h得到透亮溶液，溶胶中钛酸四丁酯：醇溶剂的摩尔比为1：（10~30），所述的醇溶剂为甲醇、乙醇或乙二醇甲醚中的任意一种；

所述步骤（3）热处理的具体步骤为：

①从室温以2℃/min加热至500℃保温0.5-1h，整个过程通入干燥的氮氧混合气体A；

②从500℃以2℃/min加热至700℃，保温1-1.5h，整个过程通入氮氧混合气体B；

③从700℃以1℃/min 升温至800-850℃保温1-2h，整个过程通入氮氧混合气体C；之后保持混合气体C不变以5℃/min降温至500℃，随后停止通气，随炉冷却至室温；

所述氮氧混合气体A中N₂和O₂的体积比为1：（1~2），氮氧混合气体B中N₂和O₂的体积比为1：（2~3），氮氧混合气体C中N₂和O₂的体积比为1：（3~4）。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中前驱体溶胶中钙、铜和钛三种金属离子的摩尔比为1:3:4，溶液中金属离子总浓度控制在1-2mol/L。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中将清洗烘干后的基片通过提拉机缓慢浸入到制备好的前驱体溶胶中，静置20~30s，提拉速率为5-10cm/min，匀速地将基片提拉出溶胶液面，随后将其放入200-300℃的烘箱中保温20-30min。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于：制备得到的薄膜外延单一取向，介电常数达到10⁴，10³Hz介电损耗低至0.01。