[发明专利]c轴高度取向的钛酸钡薄膜及其在中低温下的原位制法

权利要求书

1.一种c轴高度取向的钛酸钡薄膜，其特征在于，包括由下至上依次设置的底电极、钛酸钡介电层以及顶电极；

其中，所述底电极为导电金属薄膜，厚度约为60～150nm；所述钛酸钡介电层厚度为100～3000nm；所述顶电极为金属薄膜点电极，其直径为20-500μm。

2.根据权利要求1所述的c轴高度取向的钛酸钡薄膜，其特征在于，所述导电金属薄膜底电极为Pt/Ti薄膜底电极，其厚度约为100nm；和/或，所述钛酸钡介电层厚度为500nm；和/或，所述金属薄膜点电极采用金/铂/铜薄膜点电极，其直径为200或300或400或500μm。

3.根据权利要求1所述的c轴高度取向的钛酸钡薄膜，其特征在于，该c轴高度取向的钛酸钡薄膜还包括设置于所述底电极、钛酸钡介电层之间的缓冲层，所述缓冲层采用晶格常数与钛酸钡c轴晶面匹配的钙钛矿氧化物缓冲层，其厚度约为150～250nm；优选的，所述钙钛矿氧化物缓冲层采用镍酸镧缓冲层，其厚度为200nm。

4.根据权利要求1所述的c轴高度取向的钛酸钡薄膜，其特征在于，所述底电极设置于基体上；优选的，所述基体采用(100)取向的SiO₂/Si衬底或Si单晶衬底。

5.一种c轴高度取向的钛酸钡薄膜在中低温下的原位制法，其特征在于，包括以下步骤：

1）采用导电金属靶材，在第一保护性气氛中于基体上沉积底电极层，所述底电极即为导电金属薄膜，其中，所述导电金属靶材的靶功率密度为3.3～8.7 W/cm²，所述底电极总膜厚为60～150nm；

2）采用与钛酸钡c轴晶面匹配的钙钛矿氧化物靶材，在第二保护性气氛中于步骤1）中制得的底电极上沉积缓冲层，所述缓冲层即为晶格常数与钛酸钡c轴晶面匹配的钙钛矿氧化物缓冲层，其中，所述钙钛矿氧化物靶材的靶功率密度为3.3～8.7 W/cm²，缓冲层总膜厚为150～250nm；

3）采用陶瓷BaTiO₃靶，在第三保护性气氛中于步骤2）中制得的缓冲层上沉积钛酸钡介电层，其中，所述陶瓷BaTiO₃靶的功率密度为3.3～8.7 W/cm²，厚度为100～3000nm；

4）采用金属靶，在第四保护性气氛中于步骤3）中制得的钛酸钡介电层上沉积顶电极，所述顶电极即为金属薄膜点电极，其中，所述金属靶的靶功率密度为2～5 W/cm²，所述顶电极的直径为20-500μm。

6.根据权利要求5所述的c轴高度取向的钛酸钡薄膜在中低温下的原位制法，其特征在于，所述基体的处理方式包括：

清洗和安装：将基体依次用丙酮、无水乙醇超声清洗；接着，用去离子水冲洗，并利用高纯氮气吹干；紧接着，将吹干后的基体固定在样品托盘上，并将样品托盘装入真空镀膜腔室的样品托盘架上；最后，关闭真空腔室，将系统由机械泵抽气至5Pa以下，再由分子泵抽真空至2×10^-4 Pa；

加热：向系统内通入氩气，气压保持在2Pa～3Pa，然后对基体进行加热，使其温度达到350～500℃；优选的，采用(100)取向的SiO₂衬底或Si单晶衬底作为基体。

7. 根据权利要求5所述的c轴高度取向的钛酸钡薄膜在中低温下的原位制法，其特征在于，所述第一保护性气氛为Ar，所述Ar流量为30～110 sccm，气压为0.3～1.2Pa；和/或，第二保护性气氛为Ar和O₂的混合气体，所述Ar流量控制在30～110 sccm ，所述O₂流量为5～30 sccm, 气压为0.3～1.2Pa；和/或，第三保护性气氛为Ar和O₂的混合气体，所述Ar流量为30～110 sccm ，所述O₂流量为5～30 sccm,；和/或，第四保护性气氛为空气。

8.根据权利要求5所述的c轴高度取向的钛酸钡薄膜在中低温下的原位制法，其特征在于，上述步骤1）-4）中分别以射频或直流磁控溅射的方式沉积所述底电极层、缓冲层、钛酸钡介电层以及顶电极。

9.根据权利要求5所述的c轴高度取向的钛酸钡薄膜在中低温下的原位制法，其特征在于，所述导电金属薄膜底电极为Pt/Ti薄膜底电极，其厚度约为100nm；和/或，所述钛酸钡介电层厚度为500nm；和/或，所述金属薄膜点电极采用金/铂/铜薄膜点电极，其直径为200或300或400或500μm；和/或，所述钙钛矿氧化物缓冲层采用镍酸镧缓冲层，其厚度为200nm。