[發明專利]一種射頻濺射制備織構化鈦酸鍶鋇介電陶瓷薄膜的方法

有效

• 申請號: 200710120872.1
• 申請日: 2007-08-28
• 公開（公告）號: CN101230450A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 杜軍;王毅;劉保亭;魏峰;楊志民;毛昌輝
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/08;C23C14/16;C23C14/54;C23C14/58
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱印康

技術領域

本發明涉及一種射頻濺射制備(111)織構(Ba_xSr_1-x)TiO₃介電陶瓷薄膜的方法，即通過陶瓷靶材，優化工藝參數，制備出單一鈣鈦礦相的(111)織構的(Ba_xSr_1-x)TiO₃介電陶瓷薄膜，制備出的BST薄膜具有大的高的可調性、介電常數、較低的損耗以及低的漏電流。

背景技術

自20世紀五十年代以來，鈣鈦礦型鐵電固溶體一直是人們感興趣的研究對象。BaTiO₃是最早發現的一種鈣鈦礦型鐵電體，其特點是介電常數大、非線性強、有明顯的溫度、頻率依賴性。SrTiO₃性能穩定、絕緣性好、溫度系數小、介電損耗小，SrTiO₃是一種先兆型鐵電體，由熱力學理論推算其居里溫度點T_C為3.0K左右。人們通常以Sr原子取代BaTiO₃中的Ba原子，形成(Ba_xSr_1-xTiO₃)(BST)。從材料學觀點分析，BST是BaTiO₃和SrTiO₃固溶體，BT和ST電學性質完全不同，但是BST固溶體卻有非常好的電性能，兼有BT高介電常數，低介電損耗和ST結構穩定的特點。特別是當Ba/Sr的比例近于1時，這種材料具有高的介電常數、低的介電損耗以及室溫下有很好的可調性(在外加一定直流偏壓下，介電常數能發生很大的變化)。因此，其薄膜材料被選用于高頻率敏感微波器件，例如：振蕩器、移相器、延遲線、天線和可調性濾波器等。另外，鐵電鈦酸鍶鋇薄膜作為一種新型介電材料，在動態隨機存儲器(DRAM)上擁有非常好的應用前景，原因在于通過合理選擇Ba/Sr比，能使材料滿足工作條件在室溫范圍內，并能同時具備所要求的不同的性質；而同時具備相對較低的漏電流和高的介電常數，這正好滿足了DRAM對電容介電材料的優勢。BST已被認為是開發下一代超大規模集成電路動態隨機存儲器(ULSIDRAM)的重要材料。正因為其優越的介電/鐵電性能，對鈦酸鍶鋇材料的研究與應用開發已成為大家競相角逐的熱點問題之一。參見[1]H.N.Lee，D.Hesse，N.Zakharov，and?U.Gsele，Science(科學)296，2006(2002).[2]C.H.Ahn，K.M.Rabe，and?J.-M.Triscone，Science(科學)303，488(2004).[3]J.Im，O.Auciello，P.K.Baumann，S.K.Streiffer，D.Y.Kaufman，and?A.R.Krauss，Applied?Physics?Letters(應用物理快報)76，625(2000).[4]A.I.Kingon，J.-P.Maria，S.K.Streiffer，Nature(自然)406，1032(2000).

(Ba_xSr_1-x)TiO₃是此類材料中被研究較多的典型代表。目前許多研究組都在研究，在不同的單晶襯底(諸如：LaAlO₃、MgO、Al₂O₃等)進行外延生長BST薄膜。近年來，隨著鐵電薄膜制備技術的突破，薄膜材料和薄膜制備技術的研究有了長足的進步，使方便地制備各種鐵電薄膜成為可能。并且，多晶的BST薄膜的性能已盡可以達到和外延薄膜相同的優勢。由于半導體集成技術的進步，在單晶Si上集成鈣鈦礦鐵電薄膜越來越多的吸引了人們的研究視線。例如：在單晶Si上通過緩沖層等技術達到在Si(100)上生長(100)取向的外延或者高取向織構鐵電/介電薄膜。然而最近在不同取向的單晶MgO上外延出不同取向的BST薄膜，試驗結果表明(111)取向的BST薄膜在可調微波器件應用方面比(100)取向的薄膜具有更大的優勢。[5]S.E.Moon，E.-K.Kim，M.-H.Kwak，H.-C.Ryu，Y.-T.Kim，K.-Y.Kang，S.-J.Lee，and?W.-J.Kim，Applied?Physics?Letters(應用物理快報)83，2166(2003)。