[发明专利]基于范德华力作用的氧化铪基铁电薄膜结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于范德华力作用的氧化铪基铁电薄膜结构及制备方法，其制备方法包括：提供缓冲层；在缓冲层表面形成氧化铪基铁电薄膜，得到稳定的氧化铪基铁电薄膜结构；其中，缓冲层的材质为二维材料，缓冲层与氧化铪基铁电薄膜之间通过范德华力作用连接。本发明的氧化铪基铁电薄膜结构的制备方法采用超薄的二维材料作为缓冲层，相比于传统硅基板与铁电薄膜化学键合，本发明是以范德华力作用连接，采用二维的缓冲层与氧化铪基铁电薄膜范德华力作用结合，以形成范德华异质界面，使得氧化铪基铁电薄膜与二维材料缓冲层之间裸露出来，增大薄膜的表面能，促进向铁电相的转变，并且以无应力状态保证氧化铪基铁电薄膜的自由生长和结晶。

技术领域

本发明属于铁电薄膜技术领域，尤其涉及一种基于范德华力作用的氧化铪基铁电薄膜结构及其制备方法。

背景技术

氧化铪基铁电存储器由于其抗辐射的特点，并且具有高速读写、低功耗、高保持性等优点，被称为最具潜力的下一代新型存储器之一。对于氧化铪基铁电存储器来说，氧化铪基铁电薄膜中稳定的铁电相及可控的电畴翻转直接关系到高性能、高密度铁电存储器的存储能力。现有的氧化铪基铁电薄膜结构是在硅衬底上直接形成氧化铪基铁电薄膜，然而氧化铪基铁电薄膜与传统硅衬底之间通过化学键连接，其铁电相表面能较低，不利于本身处于亚稳状态的铁电相向非铁电相发生转变，并且由于晶格失配产生严重的位错和大量的缺陷，影响氧化铪基薄膜的铁电性能和耐久性。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种基于范德华力作用的氧化铪基铁电薄膜结构及其制备方法以解决现有技术中氧化铪基铁电薄膜结构的衬底与铁电薄膜之间的界面存在缺陷以及氧化铪基铁电薄膜中铁电相含量低的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种基于范德华力作用的氧化铪基铁电薄膜结构的制备方法，包括：提供缓冲层；在所述缓冲层表面形成氧化铪基铁电薄膜，得到稳定的氧化铪基铁电薄膜结构；其中，所述缓冲层的材质为二维材料，所述缓冲层与所述氧化铪基铁电薄膜之间通过范德华力作用连接，以形成范德华异质界面，增大氧化铪基铁电薄膜的表面能。

进一步地，所述缓冲层为纳米尺度的多层结构。

进一步地，还包括：提供衬底；在所述衬底表面形成所述缓冲层。

进一步地，所述缓冲层为超薄单晶云母层或超薄二硫化钼层。

进一步地，所述提供缓冲层包括：通过化学气相沉积法得到超薄二硫化钼层，所述超薄二硫化钼层的厚度为：1-100nm。

进一步地，所述提供缓冲层还包括：采用双温区管式炉进行化学气相沉积，得到超薄二硫化钼层；所述双温区管式炉的低温区为硫粉，所述双温区管式炉的高温区为三氧化钼，采用氢气和氩气的混合气体在双温区管式炉中进行制备。

进一步地，所述提供缓冲层包括：对单晶云母片进行机械剥离，得到所述超薄单晶云母层；所述超薄单晶云母层的厚度为1-100nm。

进一步地，所述氧化铪基铁电薄膜为掺杂锆的氧化铪基铁电薄膜，铪与锆的物质的量之比为1:1；所述掺杂锆的氧化铪基铁电薄膜通过原子层沉积技术方法制备，厚度为5-15nm。

进一步地，所述氧化铪基铁电薄膜为掺杂铈的氧化铪基铁电薄膜，铪与铈的物质的量之比为1:0.15；所述掺杂铈的氧化铪基铁电薄膜通过溶胶凝胶法制备，厚度为60-120nm。

进一步地，所述氧化铪基铁电薄膜为掺杂钇的氧化铪基铁电薄膜，铪与钇的物质的量之比为1:0.05；所述掺杂钇的氧化铪基铁电薄膜通过溶胶凝胶法制备，厚度为15-30nm。

根据本发明的另一个方面，提供一种氧化铪基铁电薄膜结构，通过采用上述技术方案任一项所述的制备方法所制得。