[发明专利]钛酸锶钡基功能薄膜低温制备方法

说明书

技术领域

本发明属于湿化学法含氧酸盐薄膜制备技术领域，特别涉及一种钛酸锶钡基薄膜的制备方法。

背景技术

钛酸锶钡(Ba_1-xSr_xTiO₃，简称BST)材料兼有BaTiO₃的高介电常数，低介电损耗和SrTiO₃结构稳定的特点，且通过调节Ba/Sr可以调整其居里温度，所以被广泛地用作非制冷红外探测器材料、电容器材料、移相器材料和动态存储器材料等，是一种具有重要用途的压电铁电材料。可以说，在各类微电子学，光电子学，光子学，集成铁电学和微机械学等高新技术中具有广泛的、重要的应用。

利用传统的Czochralski(直拉)法、共沉淀法、以及固相反应法已成功地合成了钛酸锶钡或掺杂钛酸锶钡的单晶或粉末，基于已有薄膜制备技术(如射频溅射；激光闪蒸、溶胶凝胶等)的钛酸锶钡薄膜也得到很大的发展。然而，随着各类电子元器件的小型化、集成化及多功能化，要求基于各类压电铁电功能材料工作的电子元器件能与硅基读出电路集成，这就要求压电铁电薄膜的制备工艺能与半导体平面工艺兼容。目前，压电铁电薄膜的制备通常有两种工艺：一是在一定温度下原位生长压电铁电薄膜，再在高温下进行热处理；二是先在低温下沉积薄膜，再在高温下进行热处理。热处理的目的是使薄膜得到很好的晶化。通常这两种工艺条件的高温(700℃以上)热处理过程，会对读出电路(ROIC)造成破坏。为了使压电铁电薄膜器件能与硅基读出电路集成，要求压电铁电薄膜的制备温度在500℃以下。

Sharma H B等公开了采用改进溶胶的方法(Integrated Ferroelectrics，2011，121：51-57)，使BST晶化温度降到了550℃，同时晶粒尺寸为15nm。姚熹等公开了将制得的溶胶，在Pt/Ti/SiO₂/Si上甩胶然后在400℃烘干，然后置于高压釜内，加适量浓度的Ba(OH)₂和Sr(CH₃COO)₂，在100～200℃加热3～10h。得到的BST薄膜的结晶温度为～200℃的范围内，得出利用水热法可以在低温实现制备BST薄膜，并且有很好的择优取向，在水热时，OH^-在形成薄膜时起了很关键的作用，制得的薄膜无裂纹(Crystal Growth&Design，2006，6(10)：2197-2199)。上述薄膜制备方法虽然在降低钛酸锶钡薄膜的结晶温度方面取得了进展，但仍然无法与集成的单片式器件的半导体平面加工工艺相兼容。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钛酸锶钡基功能薄膜低温制备方法，此种方法制备出的钛酸锶钡基薄膜不仅无缺陷，结晶良好，衬底不受限制，而且与现有半导体平面工艺中的光刻工艺兼容，便于实现钛酸锶钡基功能薄膜器件与硅基读出电路的集成。

本发明所述钛酸锶钡基功能薄膜低温制备方法，其钛酸锶钡基功能薄膜的分子式为(Ba_1-x-y-zSr_xA_yD_z)[Ti_1-α-βA_α’D_β’]O_3-δ，式中，A、A’、D、D’为掺杂的碱土金属元素或/和过渡金属元素或/和稀土金属元素，0.1≤x≤0.4，0≤y≤0.07，0≤z≤0.003，0≤α≤0.005，0≤β≤0.002，0≤δ≤0.005，其工艺步骤如下：

(1)配制第一种络合物溶液

以钛酸丁酯为溶质，以苯甲醇和乙二醇的混合液为溶剂，在室温、常压下将所述溶质溶于溶剂中即形成第一种络合物溶液，所述溶剂按苯甲醇与乙二醇的体积比为1～4∶1配制，所述溶质与溶剂的量以Ti离子在第一种络合物溶液中的浓度为0.1M～0.3M计量；

(2)配制第二种络合物溶液