[發(fā)明專利]一種鑭系元素?fù)诫s的鈦酸鉍薄膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010156023.3
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN101811889A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡廣達(dá);王金翠;程玲;張紅巖;姜波;武衛(wèi)兵;楊長紅
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于集成鐵電壓電器件的高擇優(yōu)取向的鑭系元素?fù)诫s 的鈦酸鉍薄膜(BLnT薄膜)及其制備方法，屬于微電子新材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Bi₄Ti₃O₁₂屬于鉍系層狀鈣鈦礦家族，其居里點為675℃，是一種高居里 點鐵電材料。但是其抗疲勞性比較差，漏電流比較大，且容易老化。研究 發(fā)現(xiàn)，Bi₄Ti₃O₁₂鐵電薄膜的抗疲勞性能可以通過鑭系元素?fù)诫s得到明顯改 善。但是由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)，摻雜鑭系元素的Bi₄Ti₃O₁₂薄膜(簡稱 BLnT薄膜)的鐵電和壓電性能具有非常強(qiáng)的各向異性。研究證實，摻量 小于0.85摩爾的Bi_4-xLn_xTi₃O₁₂薄膜的主極軸是沿著(100)方向的。通常來 講，采用常規(guī)化學(xué)或物理方法制備在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上的BLnT薄膜多 呈(117)和(001)為主的多晶結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致BLnT薄膜的剩余極化和壓 電常數(shù)都比較小，電滯回線的矩形度比較低(低于70％)，而且多晶BLnT 薄膜的微觀均勻性比較差，無法滿足未來集成器件的要求。因此制備出高 (100)取向的BLnT薄膜是提高剩余極化、壓電常數(shù)以及微觀結(jié)構(gòu)均勻性 的最有效方法。德國馬普研究所的Lee等人采用脈沖激光沉積技術(shù)(PLD) 在SrTiO₃單晶襯底上、765℃條件下制備出了(100)取向的1微米厚的 Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂薄膜。但是PLD制備技術(shù)本身存在準(zhǔn)確控制摻量難、制備 溫度高、大面積均勻性較差以及成本昂貴等缺點，使得該技術(shù)很難應(yīng)用于 未來的大規(guī)模生產(chǎn)。

同PLD技術(shù)相比，化學(xué)溶液法如金屬有機(jī)分解法和溶膠凝膠法在準(zhǔn) 確控制摻量、低溫沉積、大面積均勻性以及制備成本方面優(yōu)勢明顯。并被 成功用于鐵電存儲器和集成壓電芯片的研發(fā)。鐵電領(lǐng)域研究人員在化學(xué)溶 液法制備(100)擇優(yōu)取向Bi_4-xLn_xTi₃O₁₂方面已經(jīng)開展了一些研究工作。 2004年Chen等人采用層層退火工藝在Pt/TiO₂/SiO₂/Si(100)襯底上制備了 (100)擇優(yōu)取向的Bi_3.5Nd_0.5Ti₃O₁₂薄膜，其(200)∶(117)的比值大約為 4[以(200)∶(117)的值來表示薄膜的(100)擇優(yōu)度]，但是該薄膜的剩 余極化只有19微庫/厘米²，電滯回線的矩形度(即剩余極化除以飽和極化) 也只有66％。2005年湖北大學(xué)的Lu等人在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上制備出了 (100)擇優(yōu)取向的Bi_3.15Nd_0.85Ti₃O₁₂薄膜。但是他們所制備的 Bi_3.15Nd_0.85Ti₃O₁₂薄膜的(100)取向擇優(yōu)度偏低[(200)∶(117)的值大約 為3]，薄膜的剩余極化大約為20微庫/厘米²，電滯回線的矩形度是70％。 本發(fā)明人課題組在2006年采用金屬有機(jī)分解法在Pt(100)/TiO₂/SiO₂/Si(001) 襯底上制備了(100)取向的Bi_3.15Nd_0.85Ti₃O₁₂，薄膜的剩余極化達(dá)到了28.2 微庫/厘米²，電滯回線的矩形度也提高到了80％，但是其(200)∶(117) 的值還沒有達(dá)到4。

發(fā)明內(nèi)容