[发明专利]铁电材料锆钛酸铅纳米薄膜结晶取向生长的晶化方法

摘要

本发明提供了一种铁电材料锆钛酸铅纳米薄膜结晶取向生长的晶化方法，它是通过射频溅射在Pt/Ti/SiO₂/Si的衬底上室温沉积得到非晶PZT薄膜，采用传统热处理和快速热处理两种晶化工艺相结合的方法在一定的氧气氛环境下使非晶薄膜结晶，通过控制升温速率，保温时间，气氛环境，可按要求得到不同取向生长的PZT多晶薄膜，采用本发明方法制备的铁电材料锆钛酸铅纳米薄膜具有表面平整致密、组分均匀，晶粒分布均匀等特点。其中(111)取向的锆钛酸铅纳米薄膜具有较高的剩余极化值，且矫顽电场较小，可用于铁电存储器的制造。

主权项

一种铁电材料锆钛酸铅纳米薄膜结晶取向生长的晶化方法，其特征包括PZT薄膜沉积过程、PZT薄膜晶化过程；所述的PZT薄膜沉积过程包括下面的步骤：步骤1 采用铁电溅射镀膜仪，在SiO2/Si(100)基片上先后直流溅射沉积Ti，Pt得到Pt/Ti/SiO2/Si的衬底；步骤2 在步骤1中得到的Pt/Ti/SiO2/Si的衬底上射频溅射沉积300nmPb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜，沉积气压0.6Pa(体积比O2∶Ar＝5∶1)，沉积温度为200℃；通过PZT薄膜溅射沉积工艺得到大面积优质的非晶PZT/Pt/Ti/SiO2/Si薄膜样品；PZT薄膜晶化过程包括快速热处理过程和慢速热处理过程；所述的快速热处理在红外快速热处理设备中进行，它包括下面的步骤：步骤3 将步骤2制备的非晶PZT薄膜放入晶化室，用机械泵将晶化室抽真空达10-4以下；步骤4 从通氧孔向晶化室充入氧气至104～106Pa，维持氧气流动并保持在104～106Pa；步骤5 用红外灯加热步骤2制备的非晶PZT薄膜，快速升温至设定温度550℃～700℃，升温速率30～50℃/s，升温时间约11s～15s；步骤6 维持温度550℃～700℃，保持晶化时间30s～80s，晶化保温过程中保持温度变化在±1℃之内；步骤7 原位自然降温至50℃以下，从晶化室中取出结晶样品，快速热处理结束；经过快速热退火，得到表面平整致密，组分均匀的(111)取向的锆钛酸铅纳米薄膜；所述慢速热处理过程是在慢速升温炉中进行，步骤如下：步骤8 将步骤1得到的非晶PZT薄膜放入洁净的坩锅内，并推入慢速升温炉中，打开氧气瓶通入氧气，让氧气流动并维持压强在1个大气压；步骤9 慢速升温速率控制在10℃～60℃/min，升温至设定温度500℃～650℃；步骤10 保持炉温在温度500℃～650℃，晶化时间5min～30min，在保温过程中保持炉温变化在±5℃之内；步骤11 将PZT自然冷却至室温，从管式炉中取出结晶样品，传统热处理结束；按照上述步骤就可以制备出表面平整致密、组分均匀的(100)取向的锆钛酸铅纳米薄膜。