[发明专利]一种耐高压高储能薄膜电容器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种耐高压高储能薄膜电容器，该薄膜电容器以Si为衬底，由顺序叠接在衬底上的金属下电极层、下耐击穿子层、钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜层、上耐击穿子层以及金属上电极层，其中，所述的钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜层的组成通式为(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1‑x)ScxO3，0<x≤0.4。本发明还公开了该薄膜电容器的制备方法。本发明日工的薄膜电容器，其介电常数高，储能量大，温度稳定性好。

主权项

1.一种耐高压高储能薄膜电容器，其特征在于，该薄膜电容器以Si为衬底，由顺序叠接在衬底上的金属下电极层、下耐击穿子层、钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜层、上耐击穿子层以及金属上电极层，其中，所述的钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜层的组成通式为(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)ScxO3，0&lt;x≤0.4；其制备方法包括以下步骤：(1)制备具有Pt电极的Si衬底：用磁控溅射方法在硅基底上沉积一层厚度为100-200nm的金属下电极层Pt；(2)在金属下电极层上采用磁控溅射法或脉冲激光沉积法沉积一层厚度为20-50nm的下耐击穿子层二氧化硅、氧化铝或氮化硅，然后将硅衬底干燥，之后用快速热处理炉在500-600℃下处理30-60s并随炉冷却；(3)制备Sc掺杂的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)ScxO3，0&lt;x≤0.4前驱体溶液，然后制备Sc掺杂的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)ScxO3压电薄膜；(4)在钪掺杂钛酸铋钠压电薄膜层上采用磁控溅射法或脉冲激光沉积法沉积一层厚度为20-50nm的上耐击穿子层二氧化硅、氧化铝或氮化硅；(5)用磁控溅射方法在上耐击穿子层上沉积一层厚度为100-200nm的金属上电极层Au，得到耐高压高储能薄膜电容器；其中，所述Sc掺杂的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)ScxO3前驱体溶液的制备方法，具体包括以下步骤：1)以去离子水为溶剂，加入异丙醇、乙酰丙酮和冰醋酸，室温下混合搅拌1-1.5h，得到混合溶液；2)将钛酸四丁酯、硝酸铋、乙酸钾、乙酸钠和乙酸钪依次加入步骤1)所得的混合溶液中，室温下搅拌1-2h，搅拌完毕后过滤，并加入螯合剂甲酰胺，得到Sc掺杂的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)ScxO3前驱体溶液；所述Sc掺杂的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)ScxO3压电薄膜的制备方法具体包括以下步骤：a)将Sc掺杂的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)ScxO3前驱体溶液滴加到步骤(2)所得衬底上，启动匀胶机进行匀胶，首先以300-500转/分的转速匀胶6-10s，然后在4000-6000转/分的转速下甩胶30-60s，得到薄膜；b)将步骤a)得到的薄膜放入烘箱中，80-120℃下干燥处理，时间为10-20min，然后放入快速热处理炉中进行热解，热解温度为300-400℃，时间为2-5min，然后在空气气氛下进行快速退火，退火温度为600-800℃，退火时间为2-5min；c)重复a)-b)的步骤，直至得到300-500nm厚的压电薄膜；d)将厚度为300-500nm的压电薄膜放入快速热处理炉中，在空气气氛下进行快速退火，退火温度为600-800℃，退火时间为6-12min，得到Sc掺杂的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)ScxO3压电薄膜。