[發明專利]具有鎳酸鋰緩沖層的外延鈦酸鍶鉛薄膜及制備方法

無效

• 申請號: 200710068448.7
• 申請日: 2007-04-30
• 公開（公告）號: CN101122048A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 杜丕一;李曉婷;翁文劍;韓高榮;趙高凌;沈鴿;徐剛;張溪文
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B23/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及用PLD法制備一種具有鎳酸鋰緩沖層的外延鈦酸鍶鉛薄膜及制備方法。

背景技術

近年來，微波可調介電材料已廣泛應用于微波可調元器件上，如相控陣天線上的移相器，諧振器，濾波器等。就研究體系而言，目前主要集中在鈣鈦礦相鐵電材料，如鈦酸鍶鋇(BST)及其摻雜系列。由于各種薄膜制備技術均有其自身的不足，加之影響薄膜質量的工藝因素較多，迄今為之，尚未獲得同時具備非常理想得高調諧性和低損耗的材料。最近Cross等發現鈦酸鍶鉛(PST)陶瓷具有較高可調性和相當低的介電損耗，是一種非常適用于電場調節元件的材料。與BST相比，特別作為薄膜材料，PST的鐵電臨界尺寸較小，晶化溫度較低，制備工藝與Si微電子工藝兼容，更能夠滿足高性能的Si基集成電路的需要，對推動現代器件發展的小型化和集成化具有十分重要的意義。作為微波介電材料，為了在可調微波器件中得到更好的應用，材料應具有較高優值的(可調性能和介電損耗的比值)。因而，介電材料應具有如下性能：在微波頻率下，一方面，介電常數要低，缺陷要少，介電損耗和漏電電流低；另一方面，在直流偏壓電場下，介電常數的變化要大，有較高的可調性能。

隨著現代器件發展的小型化和集成化，薄膜材料表現出了它特有的優越性，因而薄膜材料的研究已經得到了相當的重視。同樣，對PST薄膜的研究工作也已經開始，現已有報道用溶膠-凝膠方法獲得PST薄膜的介電常數可調性約(50％～20％)、介電損耗為(2～5％)。與Cross等人報道的數據相比，薄膜的性能還遠未達到期望值，因此許多問題急待深入地研究和解決。

通過摻雜及取向等方法，可以有效地對材料進行改性。而通過外延方法制備外延取向材料，可以實現材料的單晶生長、缺陷控制和結晶性能改善等，達到優化材料性能的目的。已有報道在單晶材料基板如STO(001)，MgO(001)，Si(001)等上直接沉積制備PST薄膜材料，得到很有意義的結果。其中，由于MgO基板透明且具有較小的介電常數和介電損耗，被視為最理想的基板材料之一。然而，由于MgO基板材料與PST薄膜材料的晶格常數并不完全匹配，導致薄膜與基板之間存在應力，極大地降低了薄膜的介電性能。S.W.Liu等已在Applied?Physics?Letters，2005?Vol.87?No.142905撰文指出，雖然MgO(001)為適合于制備外延PST的基板之一，但所得薄膜的介電可調性僅為30％～40％，這與Cross等人報道的數據相比相差較大，也即獲得的結果還不十分理想。從以往對材料的相關研究結果中可以知道，增加緩沖層對相關材料的性能會產生較大的影響，因而為了獲得最佳的介電性能和微波可調性能，可以考慮利用緩沖層來提高PST薄膜與基板材料的匹配度，以提高PST薄膜在MgO基板上的介電性能。但是，緩沖層的存在顯然會妨礙MgO基板對PST薄膜的外延作用。再一方面，考慮到MgO基板本身不導電，而實際應用則需要一層導電的底電極，因此必須解決在MgO基板和PST之間引入導電電極的問題。因而，若能開發一種既導電又具有外延生長傳遞功能且同時具有緩沖層作用的材料才能解決存在的問題。目前只有在Si(001)基板上沉積PST薄膜時利用LaNiO3層達到了既具有導電作用，又具有外延生長傳遞功能的目的，但是由于LaNiO3在MgO(001)基板上為(110)取向，因此不能用于(001)取向PST薄膜的制備。本發明采用鎳酸鋰作為導電及外延生長傳遞的緩沖層，成功地在MgO(001)基板上制備了(001)取向、外延的PST薄膜。且這種外延PST材料的各項介電性能均十分優異，尤其是材料的介電可調性能達到了40％～70％，具有相當好的應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供用PLD法制備一種具有鎳酸鋰緩沖層的外延鈦酸鍶鉛薄膜及制備方法。

本發明采用的技術方案的步驟如下：

1、一種具有鎳酸鋰緩沖層的外延鈦酸鍶鉛薄膜

在MgO基板的一面上沉積一層緩沖層導電電極LNO薄膜，在緩沖層導電電極LNO薄膜上再沉積一層鈣鈦礦相PST薄膜。

所述的鈦酸鍶鉛薄膜透過率為30％～60％，電導率為2×10^-3～3×10^-3Ωm。

2、一種具有鎳酸鋰緩沖層的外延鈦酸鍶鉛薄膜的制備方法，該方法的步驟如下：