[发明专利]一种测试铁电薄膜电热效应器件的制备方法

说明书

本发明公开一种测试铁电薄膜电热效应器件的制备方法。本发明所得器件具备Si/Si₃N₄/SiO₂/TiO₂/LaNiO₃(LNO)/PbZr_xTi_1‑xO₃(PZT)/Pt绝热的微桥结构，以LNO为铁电薄膜PZT的下电极，Pt作为上电极和温度传感器，在器件中，电场分别加在LNO和Pt电极上使PZT薄膜极化，由极化引起的温度变化则由PZT表面的Pt电阻变化表现，通过对Pt电阻的变化值进行温度的校正，从而获得在铁电薄膜极化过程中的温度的变化，从而能够为研究铁电薄膜的电热效应提供保证。

技术领域

本发明涉及铁电材料的制备方法，具体涉及一种测试铁电薄膜电热效应器件的制备方法。

背景技术

机械式气体循环制冷机的主要工作物质是氟利昂，对环境有着严重的污染，因此探索和发展不含氟利昂的制冷新技术，是全世界科技界所面临的重大研究课题。一种可行的途径是寻找合适的铁电材料，研制铁电去极化制冷器。与传统制冷相比，利用铁电材料的电热效应制成的制冷器具有结构简单、成本低、无污染、能量转换率高等优点。

铁电制冷原理是利用逆热释电效应—电热效应(Electrocaloric Effect)，即在绝热条件下对铁电材料施加外电场时，其温度发生变化的现象。若绝热施加反向电场使铁电体去极化，则铁电体温度降低，称为绝热去极化制冷。早在20世纪30年代，Kobeko就报道了罗息盐的电热效应，但是直到20世纪60年代，才有了更多有关铁电陶瓷和单晶材料电热效应的报道。然而，由于铁电体材料无法加上足够大的电场，因此提高电热效应的主要途径是使铁电材料薄膜化。

近年来铁电薄膜的电热效应的研究有了一系列的重大突破。Science杂志报道了英国剑桥大学关于PbZr_0.95Ti_0.05O₃薄膜电热效应的研究工作，发现在外电场的作用下，PbZr_0.95Ti_0.05O₃薄膜在铁电相-顺电相相变温度附近产生了高达12℃的温度改变。此外，在铁电薄膜巨电热效应研究取得的另一个突破则是在有机铁电聚合物领域。Neese等人发现了有机铁电聚合物材料在室温附近获得了高达12K的电热温度的变化。然而，这些电热效应(绝热条件下绝对温度的变化量)以热力学的理论为基础，利用铁电极化随温度的变化率曲线计算求出。因此，制备测试铁电薄膜电热效应的器件，不仅提供了测试铁电薄膜电热效应的实验手段，也为进一步研究铁电薄膜电热效应的微观机制提供了基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试铁电薄膜电热效应器件的制备方法，为研究铁电薄膜电热效应的微观机制提供了基础。

本发明的技术方案为：

一种测试铁电薄膜电热效应器件的制备方法，该器件具备Si/Si₃N₄/SiO₂/TiO₂/LaNiO₃(LNO)/PbZr_xTi_1-xO₃(PZT)/Pt绝热的微桥结构，制备方法包括如下步骤：

(1)在Si衬底上依次制备SiO₂、Si₃N₄薄膜、缓冲层TiO₂薄膜、底电极LNO薄膜和铁电薄膜；其中LNO薄膜采用溶胶-凝胶法制备，并采用快速退火法进行退火；

(2)在铁电薄膜表面进行光刻，然后经过Ar离子刻蚀至LNO薄膜层，获得铁电薄膜图形；

(3)在LNO薄膜和铁电薄膜表面进行光刻，然后经过Ar离子刻蚀至Si₃N₄薄膜层，获得LNO底电极图形；