[發明專利]一種微弧氧化制備鈦酸鍶鋇介電薄膜及其方法

無效

• 申請號: 201110268892.X
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102304744A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 李文芳;王敏;郭會勇;黃文波
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電子工程技術領域，具體是一種微弧氧化制備鈦酸鍶鋇介電薄膜及其方法。

背景技術

當今世界對電子元器件小型化、高性能的要求以及薄膜制備技術的發展，介電薄膜材料應運而生。Ba_xSr_1-xTiO₃（x=0~1）介電薄膜具有較高的介電常數和較低的介質損耗，是非常理想的高壓陶瓷電容器制備材料，被譽為“電子工業的支柱”。目前用于制備鈦酸鹽系介電薄膜的技術較多，主要包括脈沖激光沉積法、磁控濺射沉積法、溶膠-凝膠法、金屬有機物化學氣相沉積法等，這些方法雖然各有優點和特色，但存在著各自的局限性。脈沖激光沉積法雖可制備的薄膜種類多且成分易控制，但成膜面積小；磁控濺射法可制備的薄膜與基體結合良好，但薄膜生長速度慢且難以大面積成膜；溶膠-凝膠法具有易于攙雜改性，成本低，成膜面積大等優點，但工序比較繁瑣且隨后的熱處理容易導致薄膜表面微裂紋；金屬有機物化學氣相沉積法具有可快速制備大面積薄膜、能精確控制薄膜化學組分和厚度的優點，但其局限性在于原材料的穩定性差。這些都制約著介電薄膜的進一步發展和應用。我國介電薄膜的制備技術與國際先進工藝差距明顯，因此開發出合適的制備鈦酸鹽系介電薄膜的技術極為重要。微弧氧化技術是一種直接在有色金屬表面原位生長陶瓷膜的新技術，具有快速、高效，低成本的特點；適于制備大尺寸和復雜外形的介電薄膜，處理過程溫度低（甚至室溫），且無需氣氛控制。采用微弧氧化技術在鈦基體表面原位生長介電薄膜，是一種制備工藝上的創新，具有良好的工業化生產前景。

目前對采用微弧氧化技術在鈦金屬表面制備介電薄膜的研究較少，申請號為200610155879.2的專利中描述了在鈦金屬表面制備BaTiO₃摻雜金屬離子介電薄膜的方法，然而并未公開其性能參數，制備的薄膜種類也較單一。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種微弧氧化制備鈦酸鍶鋇

Ba_xSr_1-xTiO₃（x=0~1）介電薄膜及其方法，本發明方法工序簡單、成膜速度快，生成的薄膜具有優異的介電性能。

本發明的目的可通過如下技術方案實現：

一種在鈦金屬表面原位生長介電薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)?配置電解液：電解液采用乙酸鋇或乙酸鍶或兩者的混合液，其中乙酸鋇溶液的摩爾濃度為0~2.0mol/L，乙酸鍶溶液的摩爾濃度為0~1.2mol/L；所述電解液在電磁加熱攪拌器上攪拌，溶質完全溶解即可；

(2)?設置微弧氧化電源電參數：采用直流脈沖電源，脈沖波形為方波，模式為恒電流模式；電流密度為10~50A/dm²，脈沖頻率為50~250Hz，占空比為60%~95%；處理時間為6~60min；

(3)?微弧氧化：將鈦金屬基體連接到陽極，浸沒于上述電解液中進行微弧氧化，反應過程中控制電解液溫度保持在50～60℃之間；反應后，取下鈦金屬，用蒸餾水沖洗后，再在蒸餾水中浸泡1～2小時，烘干，即可制得所需鈦酸鍶鋇介電薄膜。

所述步驟(3)中的鈦金屬基體在微弧氧化前還需進行如下步驟：將鈦金屬表面用砂紙打磨后，置于按體積比為1:3混合的氫氟酸和硝酸混合液中進行預處理，然后分別在丙酮和蒸餾水中清洗，吹干備用。

所述鈦金屬基體中鈦元素的重量百分比大于95%。

所述步驟(3)?微弧氧化過程中電解液溫度控制過程為：用溫度計實時測量電解液溫度，當溶液溫度超過50℃后，啟動壓力泵，將冷水注入恒溫槽，同時將熱水排出，從而保證電解液溫度控制在50～60℃之間。

所述步驟(1)?中電解液在電磁加熱攪拌器上攪拌時，加熱溫度控制為60℃，攪拌時間為10~60min，溶質完全溶解即可。

當所述步驟(1)?中電解液僅為乙酸鋇溶液時，則生成的介電薄膜為鈦酸鋇；所述步驟(1)?中電解液僅為乙酸鍶溶液時，則生成的介電薄膜為鈦酸鍶；所述步驟(1)?中電解液為乙酸鋇和乙酸鍶按摩爾比1:1混合時，則生成的介電薄膜為鈦酸鍶鋇，并且鋇、鍶原子比為0.5:0.5；所述步驟(1)?中電解液為乙酸鋇和乙酸鍶按摩爾比3:1混合時，則生成的介電薄膜為鈦酸鍶鋇，并且鋇、鍶原子比為0.77:0.23；所述步驟(1)?中電解液為乙酸鋇和乙酸鍶按摩爾比3:2混合時，則生成的介電薄膜為鈦酸鍶鋇，并且鋇、鍶原子比為0.6:0.4。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：