[發(fā)明專利]一種高度(111)取向的鋯鈦酸鉛薄膜的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710072252.5
• 申請(qǐng)日: 2007-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN101050119A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王福平;孫秋;魏兆冬;成海濤;姜兆華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/624
• 分類號(hào): C04B35/624;C04B35/472;C04B35/48;H01B3/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 榮玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋯鈦酸鉛薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O₃，PZT)是鈦酸鉛(PbTiO₃)和鋯酸鉛(PbZrO₃)的固溶體，是ABO₃型鈣鈦礦相化合物，室溫下依Zr/Ti的不同分別為四方鐵電相和三角鐵電相。因其具有優(yōu)異的介電性、壓電性、熱釋電性和鐵電性，PZT壓電陶瓷已經(jīng)廣泛應(yīng)用。在很多情況下，實(shí)際應(yīng)用需要將鐵電體制成厚數(shù)十納米到數(shù)十微米的薄膜，近年來(lái)隨著薄膜制備技術(shù)的不斷發(fā)展，PZT薄膜引起了人們的廣泛關(guān)注，它是一種優(yōu)異的微機(jī)械系統(tǒng)中的微驅(qū)動(dòng)和微傳感材料，又是一種鐵電存儲(chǔ)材料，而且因其具有抗輻射性，可以用于大規(guī)模集成電路。作為鐵電存儲(chǔ)的候選材料之一，PZT薄膜不僅具有高的剩余極化值，而且其晶化溫度較低(600-650℃)，可以與Si集成電路相匹配。國(guó)際著名鐵電學(xué)家劍橋大學(xué)的J.F.Scott教授對(duì)PZT鐵電薄膜應(yīng)用與發(fā)展作了歸納和總結(jié)，闡述其快速存取，抗輻射，低工作電壓，寬工作溫度，大規(guī)模集成電路兼容等優(yōu)點(diǎn)。利用鐵電體的正負(fù)剩余極化狀態(tài)表示二進(jìn)制數(shù)學(xué)中的“0”和“1”存儲(chǔ)信息，開發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的想法早在五十年代就已產(chǎn)生了，這種存儲(chǔ)器的誘人之處在于鐵電體無(wú)需外界的能量就可以保持寫入的信息，這一特點(diǎn)稱為非揮發(fā)性(non-volatility)。當(dāng)時(shí)，AT&T、Ford、IBM、西屋等大公司均作過(guò)嘗試，研究主要局限在將半導(dǎo)體薄膜蒸發(fā)到鐵電單晶上。由于對(duì)鐵電體本身的認(rèn)識(shí)不充分，對(duì)鐵電存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)還不合理，鐵電存儲(chǔ)器由直接排列成陣列的鐵電電容組成，無(wú)法避免相鄰存儲(chǔ)單元的干擾，特別是要使用昂貴的單晶材料，這使得器件的工作電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體器件并且制造成本高昂，這些制約因素使得鐵電存儲(chǔ)器設(shè)想在當(dāng)時(shí)未能實(shí)現(xiàn)。鐵電存儲(chǔ)器的發(fā)展和薄膜制備技術(shù)的發(fā)展密不可分。1974年，美國(guó)人Wu首先提出了將鐵電薄膜沉積在半導(dǎo)體單晶片上來(lái)制造非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的設(shè)想。這一思想的提出是一個(gè)重大突破，它為已經(jīng)停滯的鐵電存儲(chǔ)器研究注入了新的活力。三十多年來(lái)，這一領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展成為一門新的學(xué)科-集成鐵電學(xué)(integrated?ferroelectrics)。進(jìn)入八十年代，制膜技術(shù)有了飛速的進(jìn)步，溶膠凝膠法(sol-gel)、金屬有機(jī)物分解法(MOD)以及-些新的制膜技術(shù)，如金屬有機(jī)物氣相沉積法(MOCVD)、脈沖激光沉積法(PLD)等，被用于鐵電薄膜沉積，大大地推動(dòng)了鐵電薄膜生長(zhǎng)和應(yīng)用研究的發(fā)展。薄膜的使用為器件的微型化和集成化創(chuàng)造了條件，使鐵電材料在應(yīng)用上進(jìn)入了更廣闊的天地。一系列鐵電薄膜器件相繼問世，利用鐵電薄膜的自發(fā)極化的雙穩(wěn)性存儲(chǔ)信息制造鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FeRAM)和鐵電場(chǎng)效應(yīng)管(FeFET)；利用鐵電薄膜的高介電常數(shù)制造高密度動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)；鐵電薄膜生長(zhǎng)在半導(dǎo)體Si或GaAs襯底上可以制備新一代壓力傳感器；室溫紅外探測(cè)器、光波導(dǎo)、光學(xué)和聲學(xué)超晶格等器件也離不開鐵電薄膜材料。Fujitsu、Hynix、Macronix、Ramtron、Samsung、Texas?Instruments(with?Agilent?and?Ramtron)、Celis?Semiconductor、Toshiba等公司均在大力開展鐵電存儲(chǔ)器的研發(fā)，并預(yù)計(jì)大規(guī)模商業(yè)化的鐵電存儲(chǔ)器將于近幾年年面市。常見的PZT薄膜的制備方法可分可為兩類：物理沉積法(PVD)：粒子束濺射、射頻濺射、電子束蒸發(fā)、激光脈沖沉積(PLD)、分子束外延(MBE)等；化學(xué)沉積法(CVD)：(1)氣相沉積法(CVD)，包括金屬有機(jī)氣相沉積(MOVCD)、激光增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和等離子增強(qiáng)氣相沉積；(2)溶液沉積法(CSD)即濕化學(xué)法，包括溶膠-凝膠法(Sol-gel)等，但現(xiàn)有的溶膠-凝膠法制備方法復(fù)雜，可重復(fù)操作性差。

發(fā)明內(nèi)容