[發明專利]鈦酸鉍鑭(BLT)鐵電薄膜的低溫制備方法

無效

• 申請號: 200810062916.4
• 申請日: 2008-07-10
• 公開（公告）號: CN101318816A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 王疆瑛
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/475;C04B41/50
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所
• 代理人: 陳輝

技術領域

本發明涉及層狀鈣鈦礦型Bi_3.15La_0.75Ti₃O₁₂(BLT)鐵電薄膜的制備方法，特別是采用絡合劑絡合技術與水熱反應技術相結合的低溫制備方法。

背景技術

隨著鐵電隨機存取存儲器(FRAM)在各種公用事業用表(如電表、水表、煤氣表等)、測量和醫療儀表、非接觸式智能卡、門禁系統和汽車黑匣子當中得到了日益廣泛的應用。FRAM是當前鐵電薄膜存儲器的主要研究和開發方向，是國際上十分重視的領域。作為FRAM材料，被認為最有機會的兩種材料為鋯鈦酸鉛(PZT)與鉭酸鍶鉍(SBT)，其中PZT具有較佳的鐵電特性，制備溫度較低(600℃)，但其有極化疲勞和鉛污染的問題。鈦酸鍶鉍(SBT)材料號稱沒有疲勞，但SBT的制備溫度較高(750℃)，殘存極化值較小，且自發極化出現在薄膜不易發生擇優取向的α軸方向。為了滿足FRAM精細化和低電壓化的需要，人們還開發出了諸如鈦酸鉍鑭(BLT-(Bi，La)₄Ti₃O₁₂)等其他種類的鐵電材料。BLT將作為下一個突破性發展的鐵電材料，因為它具有殘存極化值與飽和極化值的比值接近1。BLT鐵電薄膜材料的制備的各種手段，方法層出不斷。主要有物理法包括磁控濺射和脈沖激光沉積法等，這類方法原料易得，但制膜設備復雜昂貴，多組分材料不易控制；化學法包括氣相法和液相法。氣相法包括化學氣相沉積法、金屬有機物分解法和金屬有機物法化學氣相沉積法等；液相法包括溶膠凝膠法、高聚物前驅體法等。不論是氣相法還是液相法，使用的原料都是金屬有機鹽化合物，非常昂貴。且溶膠凝膠法制備的鐵電薄膜漏電流較大，成膜溫度較高。如何在標準型Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上實現層狀鈣鈦礦型：鈦酸鉍鑭(BLT)鐵電薄膜，是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點。以無機物為原料，采用絡合劑絡合技術，利用無機鹽液相化學法與水熱反應相結合低溫制備鈦酸鉍鑭(BLT)鐵電薄膜。該方法制備工藝簡單，制備溫度低、操作方便，成本較低，可與微電子技術兼容。

本發明的技術方案如下：

一：前驅體溶液配制

按摩爾比為Bi∶La∶Ti＝3.15×(1.00-1.06)∶0.75∶3稱量硝酸鉍(Bi(NO₃)₃·5H₂O)，硝酸鑭(La(NO₃)₃·6H₂O)，鈦酸丁酯(Ti(C₄H₉O)₄)等三種組分，其中×(1.00-1.06)是因為在后續熱處理過程中Bi組分有一定的揮發，將Bi組分過量0-10mol％。采用以硝酸鉍，硝酸鑭，鈦酸丁酯，乙二醇和氨水等為原材料，以檸檬酸為鰲合劑。

按化學計量比將一定量硝酸鉍和硝酸鑭并混合，加入等摩爾量的檸檬酸水溶液，使用磁力攪拌機加熱并攪拌，保持溫度為45-55℃，直到該混合固體完全溶解，得到含鉍，鑭的檸檬酸溶液中。將一定量的鈦酸丁酯加到等摩爾量的PH值為6-7的檸檬酸溶液中，加熱攪拌，保持溫度在50-70℃，形成穩定的呈淡黃色透明的溶液，并與含鉍，鑭的檸檬酸溶液混合，得到含有Ba、La和Ti的前驅體溶液；通過用乙二醇和氨水調節溶液的黏度、PH值(6-7)和總體積，反應時間在3個小時以上，經充分攪拌后，過濾制得0.1-0.5mol/L得淡黃色的前驅體溶液。

二.在勻膠機上甩膜。

在甩膠機上的清洗好的Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上，滴上一定量的前驅體溶液，以一定的旋轉速度旋轉，旋轉速度2000-5000rps，勻膠時間為10-40小時，直接沉積鈦酸鉍鑭(BLT)鐵電薄膜濕膜；

三.鈦酸鉍鑭(BLT)鐵電薄膜濕膜的熱處理過程

1)干燥過程：在紅外微波爐中100℃-150℃干燥5-30分鐘；

2)熱處理過程：放入石英管式爐中，室溫以升溫速率150℃/小時升至350℃-450℃，在氧氣流量為1-6升/分鐘的流動氧化性氣氛下熱分解10-50分鐘；隨爐冷卻，重復多次上述的甩膠-熱處理過程，形成具有一定結晶相組成且均勻的薄膜；

四.鈦酸鉍鑭(BLT)鐵電薄膜低溫制備