[发明专利]材料沉积方法

说明书

本发明涉及包括如下的材料沉积方法：使用1‑甲氧基‑2‑丙醇作为溶剂和乙酰丙酮作为改性剂制备Pb(Zrsubgt;x/subgt;,Tisubgt;1‑x/subgt;)Osubgt;3/subgt;的前体溶液；和通过在衬底上旋涂所述前体溶液来形成用于电活性的籽晶层。所述电活性膜可为旋涂或喷墨印刷在籽晶层上的PZT、PZO或BFO。由于在制备所述籽晶层时使用1‑甲氧基‑2‑丙醇，经验显示压电膜的纯(100)取向。这种(100)取向归因于在构成预结晶的籽晶层上形成纳米晶体。

技术领域

本发明涉及微系统制造领域，且特别涉及通过在镀铂硅衬底上喷墨印刷或旋涂沉积获得的电活性(热电或压电或铁电或反铁电或电致伸缩或介电)器件的制造。

发明背景

已经显示，薄膜的晶体取向影响例如压电器件中的电活性膜的铁电性质(Trolier-Mckinstry等人，“Thin Film Piezoelectrics for MEMS”,JournalofElectroceramics,第12期,第7-17页,2004)。结晶取向(100)是特别优选的。

至于用于薄膜沉积的技术，旋涂或喷墨印刷已经显示具有一些益处。喷墨印刷的实例在WO 2020/084066 A1中给出。

然而，文献似乎缺少能够使喷墨印刷或旋涂在衬底上的Pb(Zr,Ti)O₃、Bi(Fe,Mn,Ti)O₃或PbZrO₃的薄膜达到取向(100)的程序。

发明内容

技术问题

本发明解决了上述不足，并旨在改善薄膜的压电性质。

解决方案

如下面将更详细解释的，发明人已经表明，使用1-甲氧基-2-丙醇作为作为用于制备Pb(Zr_x,Ti_1-x)O₃籽晶层(seed layer)的溶剂使得Pb(Zr,Ti)O₃、(PZT)、Bi(Fe,Mn,Ti)O₃(BFO)或PbZrO₃(PZO)的薄膜具有(100)的主要结晶取向。在数百种现有溶剂中，发明人已经确定，当制备籽晶层的前体溶液时使用1-甲氧基-2-丙醇对压电层具有出乎预料的且有益的特殊效果。发明人还确定，使用乙酰丙酮作为改性剂进一步增加了这些效果。尽管乙酰丙酮不是必需的，但其可参与进一步改进本方法。

因此，上述问题通过包括如下的材料沉积方法来解决：使用1-甲氧基-2-丙醇作为溶剂和乙酰丙酮作为改性剂制备Pb(Zr_x,Ti_1-x)O₃的前体溶液；和通过在衬底上旋涂所述前体溶液来形成用于压电膜的籽晶层。

前体溶液可(仅)由Pb(Zr_x,Ti_1-x)O₃、1甲氧基-2-丙醇和乙酰丙酮组成。

根据一些有利的实施方案，该方法在没有水的情况下进行。不存在水可避免或减少反应物之间的任何水解反应，并且溶液老化远小于基于水的溶液老化。

衬底可为各种性质的，例如镀铂硅衬底或玻璃衬底。

有利地，x＝0，且因此Pb(Zr_x,Ti_1-x)O₃溶液是PbTiO₃。