[发明专利]一种在FTO 基板表面制备Bi2Ti2O7介电陶瓷薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料制备领域，特别涉及一种钛酸铋（Bi₂Ti₂O₇）介电陶瓷薄膜的制备方法。

背景技术

钛酸铋系列具有不同的组分和结构，如Bi₄Ti₃O₁₂，Bi₂Ti₂O₇，Bi₂₀Ti₂O₂₀等。其中Bi₂Ti₂O₇属焦绿石结构，可看作是由Ti-O八面体和Bi-O四面体结构混合组成，化学通式为A₂B₂O₇，晶格参数为a=b=c=2.068，属于立方晶系，因而Bi₂Ti₂O₇薄膜没有压电和铁电性，但它具有较高的介电常数。

随着半导体器件中栅绝缘层(SiO₂)的不断减薄，出现了诸如漏电流增大、器件稳定性变差等问题，解决这些问题的途径之一是采用更高介电常量的材料来代替目前常用的SiO₂栅绝缘层，因此，近来人们对高介电常量材料进行了广泛的研究。Bi₂Ti₂O₇薄膜具有较高的相对介电常量(约为150)和相当低的漏电流，是目前研究的高介电常量材料中，有希望替代用于高级MOS晶体管中传统SiO₂栅绝缘层的材料之一。Bi₂Ti₂O₇作为绝缘栅场效应管的栅极材料，可以提高绝缘栅场效应管的跨导，降低开启电压，提高耐击穿特性，减少器件尺寸。此外，Bi₂Ti₂O₇还在铁电薄膜PZT、PST和Bi₄Ti₃O₁₂的制各过程中，被用作缓冲层，以改善薄膜的电学性质。

目前，有关Bi₂Ti₂O₇薄膜的报道较少，已报道的方法仅有化学溶液沉积法和脉冲激光沉积法。化学溶液沉积法虽然过程简单，成本低廉，但是薄膜的均匀性和厚度难以控制。脉冲激光沉积法的优点是所得薄膜的质量好、纯度高、与基板的结合性好，但是工艺设备较为复杂、需要严格的真空环境和工艺制度，且成本昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在FTO基板表面制备Bi₂Ti₂O₇介电陶瓷薄膜的方法，该方法所制备的Bi₂Ti₂O₇薄膜表面致密、厚度均匀，且薄膜具有较高的介电常数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种在FTO基板表面制备Bi₂Ti₂O₇介电陶瓷薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤1：基片的功能化：将FTO基片清洗干净并于紫外光下照射后于OTS和甲苯的混合溶液中沉积30s~20min以获得OTS单层膜，随后烘烤以除去表面残留溶液，再于紫外光下照射40~60min实现基片表面功能化；

步骤2：前驱液的配制：首先将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于乙二醇甲醚中，然后向溶液中加入Ti(OC₄H₉)₄和柠檬酸，搅拌至澄清，加入冰醋酸作为稳定剂，保持溶液中Bi³⁺和Ti⁴⁺的总浓度为0.02mol/L~0.04mo l/L；其中Bi、Ti摩尔比值为1.0，柠檬酸的物质的量为Bi和Ti的物质量之和；

步骤3：液相法沉积薄膜过程：将附着OTS单层膜的FTO基片置于配制好的前驱液中，在50℃~70℃下沉积10h~20h获得非晶态薄膜；

步骤4：薄膜的晶化处理：将干燥后的非晶态薄膜先经紫外线照射，然后放入马弗炉，在560℃保温10min~60min以得到晶态Bi₂Ti₂O₇薄膜。