[发明专利]一种b轴取向的BaTi2O5薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种BaTi₂O₅铁电薄膜的制备技术，特别是一种在电极材料上沉积b轴取向的BaTi₂O₅薄膜的制备技术。

背景技术

铁电薄膜具有良好的介电、压电、铁电、热释电、光电及非线性光学等特性，在微电子、光电子、集成光学和微电子机械系统等领域有着广泛的应用。近年来，铁电薄膜作为铁电随机存储器的商业化应用受到了广泛关注。铁电随机存储器(简称FRAM)具有非易失性、高读写速度、高存储密度、低功耗、低工作电压和重复读写次数多等优点，在信息处理、传输与移动通信等很多领域，有着非常广阔的应用前景。BaTi₂O₅是一种新型的无铅铁电材料。它具有介电常数大、居里温度高，易于现有的传统的存储器技术相兼容，便于产品的商业化应用的特点。目前BaTi₂O₅薄膜，特别是具有取向的BaTi₂O₅薄膜的制备技术还很缺乏，仅见采用脉冲激光沉积技术，通过调控沉积条件制备出一定b轴取向的BaTi₂O₅薄膜。主要是通过在基片上先沉积出与BaTi₂O₅晶格接近的MgO，然后再通过外延生长得到b轴取向BaTi₂O₅薄膜(CN201010137524)。而作为铁电存储器使用的铁电薄膜必须沉积在电极材料(一般是Pt)上。采用激光脉冲沉积技术，在苛刻的条件下(基片温度670℃、氧压12.5Pa)在Pt(111)/Ti/SiO₂/Si基片上沉积出了具有一定b轴取向的BaTi₂O₅薄膜(J.Wang et al./Journal of Alloys and Compounds512(2012)140–143)。目前的技术在Pt电极上难以高效地制备出高取向的BaTi₂O₅薄膜。

发明内容

本发明目的在于提供一种在电极材料上沉积高度b轴取向的BaTi₂O₅铁电薄膜的方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种b轴取向的BaTi₂O₅薄膜的制备方法，包括在镀有Pt电极材料的基片上沉积出非晶态的BaTi₂O₅薄膜，然后放入炉内在电场辅助下退火。

一种b轴取向的BaTi₂O₅薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将BaTi₂O₅陶瓷采用激光脉冲沉积或磁控溅射的方式沉积在镀有Pt电极的基片上，得到非晶态的BaTi₂O₅薄膜；然后将沉积有薄膜的基片放在900-1000℃炉中退火，退火时将样品放在直流电场中，场强为200-3000V/cm，退火1-2小时。

本发明利用了BaTi₂O₅只在b轴方向上具有优异的铁电性能的特点：沿其它两轴方向的介电常数只有140和70，而b轴方向的介电常数可达20000，易在b轴方向出现极化。当极化方向(沿b轴)与电场方向一致时，自由能最低，因此将优先在这一方向生长，实现b轴的取向生长。本发明首先在基片上沉积出非晶态的薄膜，然后高温退火，利用电场调控退火时结晶长大过程，实现b轴的择优取向。BaTi₂O₅结晶生长时，其生长方向受基片与BaTi₂O₅界面能、应变能的影响。在不施加外场影响时，一般会出现与基片晶格更接近的取向生长(镀有Pt时，一般为(510)取向)。只有当外加电场达到一定强度，能够克服共格影响时，才会出现与电场方向一致的生长。但是电场也不能太大，太大时炉中气氛(N2)会击穿。

本发明与现有BaTi₂O₅薄膜制备方法相比具有以下的优点：

可在Pt电极上制备出BaTi₂O₅薄膜，制备出的薄膜具有高度b轴取向；

工艺简单，成本低廉，并可应用于制备其它取向薄膜，具有广阔的应用前景。

附图说明