[发明专利]一种镧掺杂铪酸铅电介质薄膜的制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种镧掺杂铪酸铅电介质薄膜的制备方法和应用，属于微电子技术领域。其化学通式为Pbsubgt;1‑x/subgt;Lasubgt;x/subgt;HfOsubgt;3/subgt;。制备过程包括：1)配制Pbsubgt;1‑x/subgt;Lasubgt;x/subgt;HfOsubgt;3/subgt;前驱体溶液并陈化；2)将溶胶旋涂在Pt/Ti/SiOsubgt;2/subgt;/Si衬底上，得到湿膜；3)对湿膜进行热解和烧结处理；4)重复旋涂，热解和烧结处理，得到预设厚度的薄膜；5)将预设厚度的薄膜在空气氛围下进行退火，得到所述Pbsubgt;1‑x/subgt;Lasubgt;x/subgt;HfOsubgt;3/subgt;薄膜。本发明通过在PbHfOsubgt;3/subgt;基反铁电薄膜中进行A位掺杂，通过调整镧离子的掺杂量，从而获得显著增强的储能性能的电介质薄膜，应用于电容式储能装置中。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种镧掺杂铪酸铅电介质薄膜的制备方法与应用。

背景技术

随着全球经济的发展，能源短缺问题的解决日益迫切。可再生能源，特别是太阳能和风能，已被广泛认为是解决石油枯竭、碳排放和能源消费需求增加等日益严重问题的最有效的解决方案之一。与此同时，许多太阳能和风能项目已经开发出来或正在建设中，以实现可再生能源的目标，并增加可再生能源的普及率。然而，太阳能和风能强烈依赖于具有间歇性和波动性特征的天气资源。因此，需要发展先进的储能技术。

介电电容器在极短时间内释放储存的能量并产生强脉冲电压或电流的能力在众多脉冲放电和功率调节电子应用中占据着重要地位，但其相对较低的储能密度已造成电子和电气系统进一步集成、小型化和轻量化的瓶颈。因此，追求具有较高储能能力的新型电介质材料已成为一个重要的新兴研究课题。

最近，由于铪酸铅(PbHfO₃)与典型反铁电材料锆酸铅(PbZrO₃)具有类似的结构，其开始作为储存能源的一个很有前途的候选者进入了人们的视野。因此，现在迫切的需要通过掺杂改性以及改善制备工艺来优化铪酸铅薄膜的储能性能。据我们所知，在块状陶瓷中，La³⁺和Ba²⁺在Pb²⁺位点的掺杂和Sn⁴⁺在Hf⁴⁺位点的掺杂可以优化其储能性能。然而，缺乏对掺杂PbHfO₃薄膜的研究严重阻碍了设备的进一步集成，迄今为止仅报道了一种有前途的系统(即Pb_(1-x)Sr_xHfO₃薄膜)。值得注意的是，与相比，的离子半径更小，可以导致更小的容忍因子，有利于提高PbHfO₃薄膜中AFE状态的稳定性，因此Pb_1-xLa_xHfO₃系统有望具有增强的储能性能的潜力。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种镧掺杂铪酸铅薄膜的制备方法，旨在优化铪酸铅薄膜的储能性能。

本发明提供了一种镧掺杂铪酸铅薄膜材料的制备方法，所述薄膜的化学通式为：Pb_1-xLa_xHfO₃，其中x的数值范围为0≤x≤0.4，包括以下步骤：

(1)将乙酸铅和硝酸镧溶于乙二醇甲醚、去离子水和乙酰丙酮组成的混合溶液中，得到溶液A；将乙酰丙酮铪溶于冰乙酸中，并加入一定量的乙酰丙酮，得到溶液B；

(2)将A和B溶液混合，得到Pb_1-xLa_xHfO₃前驱体溶液，经陈化，得到Pb_1-xLa_xHfO₃溶胶；

(3)将所述溶胶旋涂在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上，得到湿膜；

(4)对湿膜进行热解和烧结处理；