[发明专利]一种赝反铁电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种赝反铁电薄膜的制备方法。

背景技术

反铁电薄膜主要的价值在于能用在高电荷密度存储器件领域，但是反铁电薄膜的制备受到固有反铁电材料种类的限制，普通的反铁电薄膜和铁电薄膜在制备上工艺和材料组分不同。反铁电薄膜所拥有的材料组分选择余地很小，例如在PZT中，锆(Zr)和钛(Ti)的比例只能在95∶5到99∶1之中，一旦超过这个范围，铁电薄膜就不显反铁电特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种新的赝反铁电薄膜的制备方法，以能够在任意锆、钛成份比例的铁电薄膜中实现薄膜的反铁电特性，能够应用于高密度电荷存储领域。

本发明方法通过离子注入工艺把氢离子注入铁电薄膜，在铁电薄膜中形成一种稳定的分布氢离子，通过电荷补偿模式改变铁电薄膜畴的翻转特性。低能离子注入的低剂量的氢离子在铁电薄膜内以掺杂原子状态存在，同时铁电薄膜的电畴翻转特性发生了变化，变成了类似反铁电薄膜的特性，在此称之为赝反铁电薄膜。通过本发明方法，能够在任意锆、钛成份比例的铁电薄膜中实现薄膜的反铁电特性，在高密度电荷存储领域有应用前景。注入氢离子的浓度和分布会对赝反铁电薄膜的特性产生了极大的影响，通过调整注入氢离子剂量和注入能量可以把氢离子注入到铁电薄膜中的相应区域，以此来得到所需的赝反铁电薄膜。

本发明方法通过一定剂量和能量的氢离子注入掺杂，在铁电薄膜中形成一种稳定分布的掺杂离子。低能离子注入的低剂量的氢离子在铁电薄膜内以掺杂原子状态存在。同时铁电薄膜的电畴翻转特性发生变化，变成类似反铁电薄膜的特性，制得赝反铁电薄膜。包括如下步骤：

(1)利用溶胶-凝胶的方法在基片上旋涂一定厚度的铁电薄膜；

(2)向上述铁电薄膜注入一定剂量和能量的氢离子。

作为可选技术方案，所述氢离子注入采用的注入能量为25KeV～40KeV，注入剂量为5×10¹³cm^-2～5×10¹⁵cm^-2。

作为可选技术方案，所述制备过程包括以下两个步骤：

(1)前驱体溶液的制备：本发明采用锆钛酸铅Pb(Zr_0.3Ti_0.7)O₃(简称PZT)合成配制方法，主要使用醋酸作为溶剂，将不同的金属溶剂充分混合，前驱体溶液的最终浓度控制在0.2-0.4Mol/L之间；

(2)胶膜的制备：采用与半导体工艺相兼容的旋转涂覆方法制备凝胶膜，然后进行热处理，重复此过程，直到获得所需要厚度的薄膜。

作为可选技术方案，所述前驱体溶液的具体配制步骤如下：

(1)首先将Pb(OAc)_2.3H₂O和MeOH混合并搅拌均匀，时间2小时，70度；

(2)将四正丁氧基锆加入醋酸中，再加入钛酸四正丁酯以及甲醇，室温下搅拌2小时；

(3)将(2)中的混和溶液加入到(1)中的混和溶液，并在室温下搅拌2小时；

(4)在(3)溶液中添加乙二醇，直至达到所需要的摩尔浓度。

作为可选技术方案，所述制备铁电薄膜所采用的基片为硅基衬底，上面生长二氧化硅，并溅射钛和铂金。具体结构为：Si/SiO₂/Ti/Pt。

作为可选技术方案，所述薄膜的制备过程包括以下步骤：

(1)匀胶：在匀胶机上进行旋涂时，匀胶机转速为3000转/分钟，时间为30秒，为了防止溶液水解，滴溶液的时候去除前面3-4滴先体溶液；

(2)预烘：在热板上进行，温度要求是铂金片受热为200度，因此热板设置温度为220度，时间为30秒。为了让薄膜均匀受热，热板中间放置一块3寸硅片，铂金片则放置在硅片上；

(3)退火：在退火炉里进行，空气条件下，550度，5分钟。

(4)重复：前面是涂单层膜，若要涂多层膜，则重复步骤1、2、3即可。

本发明所提供的通过一定剂量和能量的氢离子注入掺杂，在铁电薄膜中形成一种稳定分布的掺杂离子，通过电荷补偿模式改变铁电薄膜畴的翻转特性。通过这种方法，能够在任意成份比例的铁电薄膜中实现薄膜的反铁电特性，可以应用于高密度电荷存储领域。本发明方法不仅提供了新的赝反铁电薄膜的制备方法，同时也有利于铁电薄膜电畴翻转物理机制的进一步深入研究，在学术上有着重大的意义。

附图说明

图1是赝反铁电薄膜示意图。