[发明专利]一种柔性氧化铪基铁电薄膜的制备方法

说明书

一种制备柔性氧化铪基铁电薄膜的方法包括以下步骤：1)在单晶柔性云母片上采用磁控溅射制备TiN底电极或者采用激光脉冲沉积法制备钙钛矿结构氧化物SRO底电极；2)采用溶胶凝胶法制备铁电薄膜的前驱体溶液，其中，前驱体溶液的浓度为0.01‑0.05mol/L，铁电薄膜材料选自锆掺杂的氧化铪和钇掺杂的氧化铪中的任意一种；3)氧化铪基铁电薄膜的制备，采用旋涂法在上述SRO或者TiN底电极上旋涂上述前驱体溶液，得到均匀湿膜；4)将上述制得的均匀湿膜进行干燥、热解、退火处理；5)重复步骤3)‑4)若干次即得到目标柔性氧化铪基铁电薄膜。

技术领域

本发明涉及铁电薄膜与器件制备技术领域，具体涉及柔性铁电薄膜的制备方法。

背景技术

随着社会的高速进步和发展，人们对电子产品的需求越来越高，而柔性器件因具有独特的弯曲特性以及方便携带、低成本的制备工艺等特点，因此其在信息、医疗、能源和国防等方面具有广泛的应用前景。近年来，柔性电子器件已代表了新一带半导体发展的一个方向，作为重要的未来半导体一大发展趋势，目前柔性电子器件在国内外得到高度关注。随着传感器、执行器和显示器等一些大面积电子产品的迅速发展，人们对这些设备的要求是越来越薄膜化和轻型化。将这些产品制作在可弯曲的基板是非常有必要的。许多消费电子厂商如三星、索尼、惠普和诺基亚等显示出越来越大的兴趣，相继开发了一系列具有柔性显示屏的电子阅读器、手机、电视和其它消费电子产品。在这些产品中，柔性铁电薄膜存储器是其中必不可少的一部分，它具有存储代码、数据和动/静态信息的能力，因此目前迫切有需要来研究新型的柔性铁电薄膜存储器。

研究柔性铁电薄膜，其重中之重在于基板的选择。目前常用的柔性铁电薄膜的基板有：1)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，因其具有透光性、可弯曲以及价格低廉等特点而被广泛使用，但因其不具有耐高温的缺点，所以不适合生长传统的需要高温制备的铁电材料，因此，此种基板只局限于生长有机铁电材料。2)超薄柔性玻璃，因为其具有超强的透光性、光滑的表面(0.2-0.3nm)、可弯曲和耐高温(650℃)等优点而被选为制备高温铁电材料的常用基板，但是超薄玻璃低的拉伸强度(33MPa)和昂贵的价格阻碍了其广泛应用。如今，云母片的出现克服了这些缺点，云母片因价格低廉、具有良好的弯曲特性、耐高温(800℃)、超强的透光性、耐酸碱、超低的表面粗糙度(0.2-0.3nm)等优点而崭露头角。

目前，常用的柔性铁电薄膜有柔性有机铁电薄膜其剩余极化小、较大的矫顽场。而剩余极化较大的PZT薄膜是含铅材料，对于传统的钙钛矿薄膜锆钛酸铅(PZT)薄膜来说，铅基材料在生产、使用和废弃处理过程中都会给人类健康和生态环境造成损害。基于铅污染已成为人类公害之一，欧盟、美国和日本都相继颁布法令，禁止或限制使用含铅材料。

因此，亟需寻找一种绿色铁电材料及简单、快捷、成本低廉、制程稳定的制备方法，以便解决以上问题。

发明内容

本发明的目的旨在于克服现有生长柔性铁电薄膜技术和材料的不足，而提供一种在低温条件下、简单、快捷、成本低廉，制备过程稳定且性能良好的氧化铪基铁电薄膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

制备柔性氧化铪基铁电薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在单晶柔性云母片上采用磁控溅射制备TiN底电极或者采用激光脉冲沉积法制备钙钛矿结构氧化物SRO底电极；

2)采用溶胶凝胶法制备铁电薄膜的前驱体溶液，其中，前驱体溶液的浓度为0.01-0.05mol/L，铁电薄膜材料选自锆掺杂的氧化铪(以下简称为HZO)和钇掺杂的氧化铪(以下简称为HYO)中的任意一种；

3)氧化铪基铁电薄膜的制备，采用旋涂法在上述SRO或者TiN底电极上旋涂上述前驱体溶液，得到均匀湿膜；

4)将上述制得的均匀湿膜进行干燥、热解、退火处理；