[发明专利]基于植入式纳米线电极的介电可调薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于植入式纳米线电极的介电可调薄膜及其制备方法。

背景技术

自1991年Iijima合成纳米碳管以来，一维纳米材料由于其新颖的物理、化学和生物学特性以及在纳米器件中的潜在用途成为当今纳米技术的研究热点。以纳米线为基础能达到普通半导体技术所不能达到的更高的器件密度，所以，随着纳米科技的发展和微电子装置的小型化，以纳米线为基础来制备纳米电子和光电子器件引起了广泛注意。它们将在未来的集成电路、传感器、光探测器、平面显示以及未来的纳米计算机等领域扮演重要的角色。就硅化物纳米线而言，已经引起了国际学术界的相当重视，并开始了场发射、生物分子传感等方面的应用研究。

同时，随着器件小型化，边缘电场效应在电容器、MOS器件中变得尤为重要，关于边缘电场的研究和应用也备受关注。所谓边缘电场，通常指的是电极边缘引起的电场，由于产生在电极边缘，这些电场未必能被很好地利用，边缘电场相对集中，是距离的函数。由于电场相对集中，若有效用于介电可调薄膜，则可望用来提高介电可调薄膜的可调性，因而实验上常设计出共面电极、叉指电极及各种复杂的电极结构以充分利用边缘电场来提高薄膜的可调性；而边缘电场的大小随距离电极位置的大小而变化，这种位置敏感特性使其广泛应用于化学探测传感器，由于基于边缘电场的这种传感器具有相对高的灵敏度，使其基本取代了平行板式电容传感器。边缘电场还应用于高分辨率液晶相栅等诸多方面，具有诱人的前景。

铁电材料具有优良的介电、压电、铁电、热释电及介电非线性等特性，其极化强度可随外加电场呈非线性变化的性质可用于制备微波可调元器件，如相控阵天线上的移相器、振荡器、滤波器、延迟线等，应用前景十分乐观。就研究体系而言，目前主要集中在钙钛矿相铁电材料，如钛酸锶钡(BST)与钛酸锶铅(PST)系列等。随着现代器件发展的小型化和集成化，薄膜材料表现出了它特有的优越性，因而薄膜材料的研究已经得到了相当的重视。但是，与陶瓷材料相比，薄膜的性能还远未达到期望值，因此许多问题急待深入地研究和解决。作为微波介电材料，为了在可调微波器件中得到更好的应用，材料应具有较高的优值(可调性能和介电损耗的比值)。因而，介电材料应具有如下性能：在微波频率下，一方面，缺陷要少，介电损耗和漏电电流要小，且应该有较低的介电常数；另一方面，在直流偏压电场下，介电常数的变化要大，有较高的可调性能。进一步，考虑到电子元器件的小型化甚至微型化必然是今后的发展方向，而这种发展趋势必将要求微型元器件适合在更低的电压下进行工作。然而，通常介电可调薄膜的调制电压大都在25～100V之间，因而还有很多的工作要做。

显然，给出新思路和新方法，设计新型结构以解决微型器件的低电压工作问题将成为制备高性能元器件的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低电压高可调及低损耗的基于植入式纳米线电极的介电可调薄膜及其制备方法。

本发明的基于植入式纳米线电极的介电可调薄膜，在基板上自下而上依次沉积有硅化钛导电薄膜层，硅化钛导电纳米线层和电介质薄膜层。

上述的基板可以是玻璃基板、单晶硅基板或多晶硅基板。

所说的硅化钛导电层是由Ti₅Si₃晶相或TiSi₂晶相，或Ti₅Si₃和TiSi₂晶相组成。硅化钛导电纳米线层是形态为硅化钛纳米线、纳米钉、纳米棒、纳米线簇或火箭状纳米线的TiSi晶相或TiSi₂晶相。电介质薄膜层为Pb_xSr_1-xTiO₃电介质薄膜，x＝0.1～0.9，或为Ba_ySr_1-yTiO₃电介质薄膜，y＝0.2～0.8。

本发明的基于植入式纳米线电极的介电可调薄膜的制备方法，可以采用磁控溅射沉积法或溶胶-凝胶法制备，以下对两种制备方法分别说明。

方法1，基于植入式纳米线电极的介电可调薄膜的制备方法，采用磁控溅射沉积法，步骤如下：