[發明專利]基于植入式納米線電極的介電可調薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 200810059996.8
• 申請日: 2008-03-07
• 公開（公告）號: CN101239515A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 杜丕一;胡安紅;翁文劍;韓高榮;趙高凌;沈鴿;宋晨路;徐剛;張溪文
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B33/00;B32B17/06;H01L21/28;H01L29/00;C23C28/04;C23C16/42;C23C14/35;C23C14/08;C23C14/58;B05D1/18
• 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

本發明涉及一種基于植入式納米線電極的介電可調薄膜及其制備方法。

背景技術

自1991年Iijima合成納米碳管以來，一維納米材料由于其新穎的物理、化學和生物學特性以及在納米器件中的潛在用途成為當今納米技術的研究熱點。以納米線為基礎能達到普通半導體技術所不能達到的更高的器件密度，所以，隨著納米科技的發展和微電子裝置的小型化，以納米線為基礎來制備納米電子和光電子器件引起了廣泛注意。它們將在未來的集成電路、傳感器、光探測器、平面顯示以及未來的納米計算機等領域扮演重要的角色。就硅化物納米線而言，已經引起了國際學術界的相當重視，并開始了場發射、生物分子傳感等方面的應用研究。

同時，隨著器件小型化，邊緣電場效應在電容器、MOS器件中變得尤為重要，關于邊緣電場的研究和應用也備受關注。所謂邊緣電場，通常指的是電極邊緣引起的電場，由于產生在電極邊緣，這些電場未必能被很好地利用，邊緣電場相對集中，是距離的函數。由于電場相對集中，若有效用于介電可調薄膜，則可望用來提高介電可調薄膜的可調性，因而實驗上常設計出共面電極、叉指電極及各種復雜的電極結構以充分利用邊緣電場來提高薄膜的可調性；而邊緣電場的大小隨距離電極位置的大小而變化，這種位置敏感特性使其廣泛應用于化學探測傳感器，由于基于邊緣電場的這種傳感器具有相對高的靈敏度，使其基本取代了平行板式電容傳感器。邊緣電場還應用于高分辨率液晶相柵等諸多方面，具有誘人的前景。

鐵電材料具有優良的介電、壓電、鐵電、熱釋電及介電非線性等特性，其極化強度可隨外加電場呈非線性變化的性質可用于制備微波可調元器件，如相控陣天線上的移相器、振蕩器、濾波器、延遲線等，應用前景十分樂觀。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)與鈦酸鍶鉛(PST)系列等。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。但是，與陶瓷材料相比，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。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，材料應具有較高的優值(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，缺陷要少，介電損耗和漏電電流要小，且應該有較低的介電常數；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。進一步，考慮到電子元器件的小型化甚至微型化必然是今后的發展方向，而這種發展趨勢必將要求微型元器件適合在更低的電壓下進行工作。然而，通常介電可調薄膜的調制電壓大都在25～100V之間，因而還有很多的工作要做。

顯然，給出新思路和新方法，設計新型結構以解決微型器件的低電壓工作問題將成為制備高性能元器件的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低電壓高可調及低損耗的基于植入式納米線電極的介電可調薄膜及其制備方法。

本發明的基于植入式納米線電極的介電可調薄膜，在基板上自下而上依次沉積有硅化鈦導電薄膜層，硅化鈦導電納米線層和電介質薄膜層。

上述的基板可以是玻璃基板、單晶硅基板或多晶硅基板。

所說的硅化鈦導電層是由Ti₅Si₃晶相或TiSi₂晶相，或Ti₅Si₃和TiSi₂晶相組成。硅化鈦導電納米線層是形態為硅化鈦納米線、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。電介質薄膜層為Pb_xSr_1-xTiO₃電介質薄膜，x＝0.1～0.9，或為Ba_ySr_1-yTiO₃電介質薄膜，y＝0.2～0.8。

本發明的基于植入式納米線電極的介電可調薄膜的制備方法，可以采用磁控濺射沉積法或溶膠-凝膠法制備，以下對兩種制備方法分別說明。

方法1，基于植入式納米線電極的介電可調薄膜的制備方法，采用磁控濺射沉積法，步驟如下：