[發(fā)明專利]一種Si襯底Bi3TiNbO9-Bi4Ti3O12自然超晶格鐵電薄膜的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110052767.5
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102180704A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王華;許積文;周尚菊;楊玲;任明放
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 羅玉榮

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于信息功能薄膜材料領(lǐng)域，特別涉及一種Si襯底Bi₃TiNbO₉-Bi₄Ti₃O₁₂自然超晶格鐵電薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

鐵電晶體屬于介質(zhì)晶體、壓電晶體和熱釋電晶體的一個亞族，所以鐵電晶體除鐵電性外必然具有介電、壓電和熱釋電性質(zhì)，透光性的鐵電體還具有電光性質(zhì)。由于鐵電體特殊的介電、電光、聲光、光折變、非線性光學(xué)、熱釋電和壓電性能，是一種極具商業(yè)應(yīng)用前景的材料，因此鐵電體的應(yīng)用很早就引起了物理學(xué)界和材料學(xué)界的注意。七十年代以來，由于對鐵電體認(rèn)識的深入，人工鐵電材料種類的擴大，微電子技術(shù)的進步，鐵電薄膜制備方法不斷取得進展，鐵電薄膜器件的工作電壓可達3-5V，可與Si或GaAs集成工藝兼容，從而為制作出高速、高密度非易失性鐵電存儲器、熱釋電紅外探測器、電光調(diào)制器件、光放大器等鐵電器件開辟了新的途徑，在微電子學(xué)、光電子學(xué)、集成光學(xué)和微電子機械系統(tǒng)等領(lǐng)域顯示出極為廣泛的應(yīng)用前景。Bi₄Ti₃O₁₂鐵電薄膜具有與Si襯底非常接近的晶格常數(shù)和較好的鐵電性能，特別是抗疲勞性能優(yōu)良，是新型Si集成鐵電存儲器件、探測器件制備的優(yōu)選材料之一。目前，該技術(shù)領(lǐng)域已成為國際上新材料研究的熱點之一。國外Motorola、Siemens公司、日本及韓國的一些研究小組和國內(nèi)四川大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所等均取得了一些重要進展，但Bi層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)薄膜的鐵電性能，特別是剩余極化性能與實用器件的要求相比，還有較大差距。

超晶格結(jié)構(gòu)通過兩種或多種具有相近晶格參數(shù)的不同晶體結(jié)構(gòu)交替重組，導(dǎo)致晶格畸變，從而影響材料的性能。因此可以充分利用這種現(xiàn)象來增強鐵電材料的極化，從而實現(xiàn)在保持良好疲勞特性基礎(chǔ)上改善介電特性、提高鐵電性能。超晶格結(jié)構(gòu)薄膜的實現(xiàn)對制備技術(shù)有極高的要求。首先，要能交替重復(fù)生長出幾層、幾十層，甚至更多層的厚度僅為幾納米、幾十納米的高質(zhì)量單晶薄膜；其次，鐵電超晶格大多由氧化物組成，因此制作技術(shù)受到極大限制。目前，用于制作鐵電超晶格的技術(shù)主要有分子束外延(MBE)、脈沖激光沉積(PLD)等方法。如日本的M.Okuyama教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用PLD工藝制備了Bi₃TiNbO₉-Bi₄Ti₃O₁₂(Appl.Phys.Lett.2003，83：1411)和Bi₂MoO₆-Bi₃TiNbO₉(Integrated?Ferroelectrics，2006，79：15)等Bi₄Ti₃O₁₂基自然超晶格鐵電薄膜；國內(nèi)南京大學(xué)等少數(shù)機構(gòu)初步開展了人工鐵電超晶格的研究，如PLD法LiNbO₃/Al₂O₃的鐵電/介電聲學(xué)超晶格的制備及其聲學(xué)效應(yīng)(楊彬.鐵電薄膜多層膜超晶格的晶體和極化取向控制及其物理效應(yīng)的研究.博士學(xué)位論文.南京大學(xué)，2001.)、BaTiO₃/SrTiO₃制備及其光電特性(崔樹范，于文學(xué)，徐明，等.BaTiO₃/SrTiO₃超晶格界面結(jié)構(gòu)與光電性能關(guān)系研究，人工晶體學(xué)報，2000，29(5)：261)等。但這些方法設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，成本很高。到目前為止，尚未見采用溶膠-凝膠工藝制備Bi層狀鈣鈦礦自然超晶格鐵電薄膜的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種Si襯底Bi₃TiNbO₉-Bi₄Ti₃O₁₂自然超晶格鐵電薄膜的制備方法，該方法簡單且能滿足硅平面工藝的要求，其制備的Bi₃TiNbO₉-Bi₄Ti₃O₁₂鐵電薄膜具有超晶格結(jié)構(gòu)和突出的鐵電性能、優(yōu)異的抗疲勞特性及良好的綜合性能。