[发明专利]一种磁控溅射用BZT靶材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，特别涉及一种用于制备BZT(锆钛酸钡)薄膜的BZT靶材的制备方法。

背景技术

铁电材料是一大类功能材料，具有压电效应、电致伸缩效应、热电效应、介电调谐等可供技术应用的物理特性，在信息存储、压电换能、热电摄像技术、压电点火、热电探测等一些列高新技术领域拥有广泛的应用。可以显著提高电子装备的运行水平，使其实现轻质化、功能化和高性能化，对下一代电子装备的小型化、信息化和高智能化等都起着举足轻重的作用。

钛酸钡(BaTiO₃)是典型的钙铁矿型铁电材料，它具有很高的介电常数，被用来作为电容器材料，已成为高频电路元件中不可缺少的材料，而其也正在广泛地被应用于介电调谐、调频和存储等方面。此外现代生产中越重视生态及绿色环保，由于BaTiO₃基固溶体中不含有毒铅元素，它的应用受到越来越多研究者的关注。

BZT(锆钛酸钡)是以BaTi0₃为基进行离子掺杂改性后的复合钙钛矿结构的陶瓷材料，也是一种铁电材料，在铁电动态随机存取存储器(DRAM)领域具有很好的应用前景。DRAM是现在半导体发展的核心技术，DRAM的密度的增加取决于其电容器尺寸的缩小，或者选用具有很高介电常数的材料。具有良好介电性能的薄膜材料同时兼具上述两个优势，使得DRAM的存储密度大幅提高。薄膜器件不同陶瓷等块体材料，其优点是体积小、重量轻、工作频率可以提高、易制造，表面光滑致密，而且可以通过改变薄膜厚度、基片类型和电形状等来调整器件的性能。

BZT薄膜制备方法分为化学法和物理方法。主要有激光脉冲沉积法，磁控溅射法，金属有机物化学沉积法，溶胶凝胶法等。磁控溅射法属于物理方法，它能够以较低的成本制备实用的大面积薄膜，制膜过程可以采用陶瓷靶材，也可以在氧气气氛中使用金属或者合金靶材。采用磁控溅射方法制备BZT薄膜，制备与磁控溅射设备相匹配的BZT陶瓷靶材是至关重要的，传统方法制备的BZT陶瓷靶材表面平整度较低、翘曲度高等缺点，与磁控溅射设备匹配不好并且在溅射过程中靶材容易断裂等缺点，不能制备出高质量的BZT薄膜。

发明内容

本发明的目的，是克服传统方法制备BZT陶瓷靶材表面平整度较低、翘曲度高等缺点，提供一种能够与磁控溅射设备相匹配、能满足工业化大量制备BZT薄膜要求的一种磁控溅射用BZT靶材的制备方法，

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种磁控溅射用BZT靶材的制备方法，步骤如下：

(1)配制原料

按照BZT即锆钛酸钡的化合物分子式Ba(Zr_xTi_1-x)O₃，其中0<x<1的元素摩尔质量比，将BaCO₃、ZrO₂、TiO₂三种原料进行混合；

(2)一次球磨

将步骤(1)混合后的原料，按照原料与去离子水和锆球的质量比为1：1：1进行球磨，球磨时间为4～8小时；

(3)预烧

将步骤(2)一次球磨后的原料烘干，再于1000～1200℃进行预烧，保温2～4小时；

(4)二次球磨

将步骤(3)预烧后的原料，外加0.5～5wt％的PVA，按照原料与去离子水和锆球的质量比为1：1：1进行球磨，球磨时间为10～14小时；

(5)过筛

将步骤(4)二次球磨后原料进行烘干，烘干后过40～200目筛；

(6)成型

将步骤(5)过筛后的粉粒放入压片机中压制成型为坯体；

(7)排胶

将步骤(6)成型后的坯体放入低温炉中进行排胶，排胶温度为600～800℃；

(8)烧结

将步骤(7)排胶后的坯体于1300～1400℃高温烧结，升温速率1-5℃/min，保温时间为3～6小时，制得磁控溅射用BZT靶材。

所述步骤(1)的原料为分析纯试剂。

所述步骤(6)压制成型的坯体直径为40～100mm，工作压力为50-150Mpa，保压时间为1-5min。

所述步骤(7)的排胶温度为700℃。

所述步骤(8)的烧结温度为1350℃，保温时间为4小时。

所述步骤(8)将坯体置于高温炉中进行烧结的烧结方式，采用压烧方法以防止靶材弯曲变形。

本发明的有益效果：