[發明專利]一種納米線底電極與電介質復合薄膜電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 200810059995.3
• 申請日: 2008-03-07
• 公開（公告）號: CN101252042A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 杜丕一;任招娣;韓高榮;宋晨路;翁文劍;徐剛;沈鴿;趙高凌;張溪文;汪建勛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01G4/33
• 分類號: H01G4/33;H01G4/005;H01G4/12;H01G13/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及導電納米線的應用以及電介質底電極材料的使用技術。尤其是通過溶膠-凝膠法在納米線底電極基板上形成的納米線底電極/電介質復合高容量薄膜電容器結構。

背景技術

自從發現碳納米管以來，一維納米材料的研究引起了人們極大的興趣。與碳納米管相比，納米線的成分易于控制，因此，納米線的研究更是引起了人們極大的興趣。隨著納米線研究的發展，各種不同的硅化物納米線被制備出來。然而，到目前為止，對硅化物納米線的應用的研究還處于初始階段，大多數對硅化物納米線的研究都集中在其制備研究上，而對其應用的研究比較少，顯然，硅化物納米線的應用前景需要進一步開拓。

隨著器件小型化程度要求的不斷提高，在電路中起重要作用的電容器的小型化已經成為電子儀器小型化的關鍵，而大容量小體積的薄膜電容器將具有更大的應用空間。從理論上分析，提高電容可以從增大電極和電介質之間的接觸面積，減小電介質厚度，使用高介電常數材料等方面來著手。由于電介質層厚度的減小是有限的，而傳統的增大電極和電介質之間接觸面積的方法一方面對電容增大有限，另一方面又易于使得器件體積龐大，因此，目前，高介電常數材料的使用成為了提高電容的一個很重要的選擇。然而，材料的介電常數并不是能夠無限提高的，隨著對電容器容量要求越來越高，顯然只靠單一的高介電常數電介質材料也并不能真正解決問題。所以給出一種全新的思路并發明一種新的結構必將成為高容量薄膜電容器取得突破的關鍵。

硅化鈦由于其高熔點低電阻率而被廣泛用作電路中的接觸和互連。硅化鈦納米線由于其本身的導電性，若制備成硅化鈦底電極與導電硅化鈦納米線的一體結構，形成納米線電極層，并以此作為薄膜電容器的底電極，再在上面復合電介質材料層，在同樣的占有尺度下其電介質與電極的接觸面積將極大地增加。以此可知，當使用高導電性大比表面積的硅化鈦納米線作為電介質底電極時，同樣的電介質材料和同樣的占有尺度下，其薄膜電容器的電容量將隨之極大地提高，這為超高容量薄膜電容器的開發提供了新的方法，也為器件小型化提供了新型的薄膜電容器件；另一方面由于該復合結構制作工藝與半導體工藝完全匹配，非常便于納米線在電子器件領域的應用，這將會為硅化鈦納米線以及其他導電納米線的應用提供一種新的思路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高容量的納米線底電極與電介質復合薄膜電容器及其制備方法。

本發明的納米線底電極與電介質復合薄膜電容器，在基板上自下而上依次沉積有硅化鈦導電薄膜層，硅化鈦納米線底電極層和電介質薄膜層。

上述的基板可以是玻璃基板、單晶硅基板或多晶硅基板。

所說的硅化鈦導電薄膜層是Ti₅Si₃晶相或TiSi₂晶相，或由Ti₅Si₃和TiSi₂晶相組成。所說的硅化鈦納米線底電極層是形態為納米線、納米釘、納米棒、納米線簇或火箭狀納米線的TiSi晶相或TiSi₂晶相。所說的電介質薄膜層為Ba_xSr_1-xTiO₃電介質薄膜，x＝0.3～1。

納米線底電極與電介質復合薄膜電容器的制備方法，采用的是溶膠-凝膠法，包括以下步驟：

1)將粉末醋酸鋇和碳酸鍶溶解于醋酸中，Sr與Ba的摩爾比為0～2.33，攪拌至全部溶解，得到溶液甲；

2)將鈦酸四丁脂溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；

3)將甲、乙兩種溶液按摩爾比為1∶1混合，配制濃度為0.3～0.6mol/l的透明前驅體溶膠Ba_xSr_1-xTiO₃，x＝0.3～1；

4)清洗基板，以化學氣相沉積法在基板上依次沉積硅化鈦導電薄膜層和硅化鈦納米線底電極層；

5)用提拉法在硅化鈦納米線底電極層上涂覆Ba_xSr_1-xTiO₃前驅體溶膠；

6)在580～640℃熱處理30～60min，得到納米線底電極與電介質復合薄膜電容器。

Ba_xSr_1-xTiO₃電介質薄膜的厚度由提拉速度決定。一般，提拉速度控制在2cm/min～6cm/min。

本發明與背景技術相比具有的有益效果有：

1、采用溶膠-凝膠法制備納米線底電極與電介質復合薄膜電容器，對設備要求低，操作方便，易于實現。