[发明专利]一种钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜的水基制备方法

摘要

本发明属于微电子新材料制备技术领域，特别涉及一种钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜的水基制备方法。本发明钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜使用水基溶胶凝胶方法制备，以去离子水作为溶剂，前驱体溶液浓度为0.05M～0.1M，在每次旋转涂覆后，都对经过干燥、热解的薄膜进行快速退火，退火气氛为空气，退火温度为600℃～800℃，退火时间为1分钟～4分钟。本发明制备的钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜结晶性能良好、表面致密均匀、界面清晰，明显地提高了钛酸铋钠薄膜的压电特性。 1

主权项

1.一种钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜的水基制备方法，包括以下步骤：

(1)制备具有Pt底电极的Si衬底；

(2)制备Sc掺杂的(Na0.₈₅K_0.15)_0.5Bi_0.5Ti_(1‑x)Sc_xO₃前驱体溶液，其中x＝0～0.4；

(3)制备Sc掺杂的(Na0.₈₅K_0.15)_0.5Bi_0.5Ti_(1‑x)Sc_xO₃薄膜；

其特征在于，步骤(2)中制备前驱体溶液时使用的溶剂为去离子水；

步骤(1)的具体操作为：

(1.1)将硅基底按标准CMOS工艺进行表面处理和清洗；

(1.2)采用热氧化法，在硅基底表面生成50纳米～100纳米厚的二氧化硅阻挡层；

(1.3)采用磁控溅射法在二氧化硅阻挡层上制备20纳米～50纳米厚的二氧化钛粘结层；

(1.4)采用磁控溅射法在二氧化钛粘结层上制备100纳米～200纳米厚的下电极金属层Pt；

为了改善Si衬底与Sc掺杂的(Na0.₈₅K_0.15)_0.5Bi_0.5Ti_(1‑x)Sc_xO₃前驱体溶液之间的浸润性能，干燥之后的衬底还需要用快速热处理炉在500℃～600℃下处理30秒～60秒并随炉冷却；

步骤(2)的具体操作为：

(2.1)以去离子水作为溶剂，将异丙醇、乙酰丙酮和冰醋酸作为稳定剂加入去离子水中，在室温下搅拌0.5小时～1.0小时；

(2.2)将钛酸四丁酯、硝酸铋、乙酸钾、乙酸钠和乙酸钪作为前驱体原料依次加入步骤(2.1)所得溶液中，在室温下搅拌1.0小时～2.0小时；

(2.3)过滤步骤(2.2)所得溶液，并加入甲酰胺作为螯合剂，得到Sc掺杂的(Na0.₈₅K_0.15)_0.5Bi_0.5Ti_(1‑x)Sc_xO₃前驱体溶液；

(2.4)将所得前驱体溶液放置3个月～6个月；

步骤(3)的具体操作为：

(3.1)将步骤(2)所得前驱体溶液滴于步骤(1)所得衬底上，启动匀胶机进行匀胶，首先以300转/分～500转/分的转速匀胶6秒～10秒，然后在4000转/分～6000转/分的转速下甩胶，时间为30秒～60秒；

(3.2)将步骤(3.1)所得薄膜放入烘箱中进行干燥处理，温度为80℃～120℃，时间为10分钟～20分钟；

(3.3)将步骤(3.2)所得薄膜放入快速热处理炉中进行热解，热解温度为300℃～400℃，时间为2分钟～5分钟；

(3.4)将步骤(3.3)所得薄膜放入快速热处理炉中，在空气气氛下进行快速退火，退火温度为600℃～800℃，退火时间为1分钟～4分钟；

(3.5)重复步骤(3.1)‑(3.4)，直至获得所需厚度的薄膜；

(3.6)将薄膜放入快速热处理炉中，在空气气氛下进行快速退火，退火温度为600℃～800℃，退火时间为5分钟～10分钟，得到不同比例Sc掺杂的(Na0.₈₅K_0.15)_0.5Bi_0.5Ti_(1‑x)Sc_xO₃薄膜。

2.根据权利要求1所述的水基制备方法，其特征在于，所述Sc掺杂的(Na0.₈₅K_0.15)_0.5Bi_0.5Ti_(1‑x)Sc_xO₃薄膜厚度为300纳米～600纳米。

3.根据权利要求1所述的水基制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液的浓度为0.05M～0.1M。