[发明专利]一种BST基多层介电增强薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种BST基多层介电增强薄膜及其制备方法，包括衬底，采用溶胶凝胶法在衬底上旋涂多层异质薄膜，利用磁控溅射在多层异质薄膜上沉积Au电极，所述多层异质薄膜由BST薄膜和BTO薄膜交替堆叠构成。该结构是利用溶胶凝胶旋涂制膜，通过不同的溶胶浓度以及旋涂工艺获得周期厚度不一的多层异质结构薄膜，本发明改善了由于进一步减小薄膜厚度所带来的介电性能下降的问题，使材料的介电常数得到剧增。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种BST基多层介电增强薄膜及其制备方法。

背景技术

人们期望可通过减小电介质层厚度和采用高介电常数的电介质材料的途径来提高薄膜电容器的比电容。美国、日本等发达国家在薄膜型集成电容器材料及器件制备技术的研究和器件开发方面取得了丰硕的成果，形成了众多工艺成熟、受知识产权保护的薄膜型集成化电容器产品。当前，随着大规模集成电路技术以及“超越穆尔定律”(More thanMoore)的多功能集成化远景的提出，国际上基于薄膜集成技术的高密度、高集成度无源器件的集成，特别是小尺寸、高性能的薄膜型集成化电容器研究十分活跃。尽管如此，要将现有的高性能薄膜电介质材料应用于高性能、高集成度薄膜电容器的实际应用，还有很多关键问题需要解决。例如从电容器材料的角度看，目前薄膜的介电常数还不够高，比电容值与国外水平相比还有差距，薄膜的介电强度仍偏低，薄膜的抗疲劳特性还不能满足电容器实际应用的要求。

高密度、高集成度电子产品要求进一步减小电容器尺寸，提高电容器比电容及电学性能，材料体系确定的情形下，通常采用减小薄膜厚度的方式提高比电容，然而铁电薄膜在厚度减小后，介电常数降低，并且薄膜会出现孔洞，薄膜漏电流增大，承受的耐压减小，表面平整性和温度稳定性恶化，因此单层薄膜电容器已不能满足上述应用需要，多层薄膜结构是一个可能的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种BST基多层介电增强薄膜及其制备方法，通过制备BST和BTO异质堆叠结构，在单层厚度足够薄的情况下，使得整体材料的介电常数得到成倍的增大。

本发明采用如下技术方案：

一种BST基多层介电增强薄膜，包括衬底，采用溶胶凝胶法在衬底上旋涂多层异质薄膜，利用磁控溅射在多层异质薄膜上沉积Au电极，所述多层异质薄膜由BST薄膜和BTO薄膜交替堆叠构成。

优选的，多层异质薄膜中，每一层的厚度相等。

优选的，所述衬底为Pt/Ti/SiO₂/Si。

一种BST基多层介电增强薄膜的制备方法，包括如下步骤：

选用衬底，对其进行超声清洗并干燥处理；

以乙酸钡、乙酸锶和钛酸四丁酯为金属醇盐，醋酸为稳定剂，乙二醇甲醚做溶剂，乙酰丙酮为螯合剂，甲酰胺的为干燥剂制备BST前驱体溶胶；同样的，以乙酸钡和钛酸四丁酯为金属醇盐，醋酸为稳定剂，乙二醇甲醚做溶剂，乙酰丙酮为螯合剂，甲酰胺为干燥剂制备BTO前驱体溶胶；

在衬底上，通过旋涂、干燥、热分解及预结晶处理得到待需要的预结晶薄膜；重复多次，得到多层异质结构薄膜，最后统一进行高温退火处理；

通过氢氟酸腐蚀薄膜一角，然后在薄膜上通过掩膜版磁控溅射Au作为顶电极。

优选的，每层厚度为40～160nm。

优选的，BST的前驱体溶胶和BTO的前驱体溶胶浓度在0.2～0.3mol/L。

优选的，通过调节乙酸含量控制BST和BTO的前驱体溶液的pH值在3～4；以摩尔质量比1:20添加甲酰胺作为干燥剂，使得有机物挥发分解更加缓和。