[發明專利]一種在FTO 基板表面制備Bi2Ti2O7介電陶瓷薄膜的方法

無效

• 申請號: 201210235752.7
• 申請日: 2012-07-09
• 公開（公告）號: CN102795853A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 夏傲;談國強;尹君
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

技術領域

本發明涉及功能材料制備領域，特別涉及一種鈦酸鉍（Bi₂Ti₂O₇）介電陶瓷薄膜的制備方法。

背景技術

鈦酸鉍系列具有不同的組分和結構，如Bi₄Ti₃O₁₂，Bi₂Ti₂O₇，Bi₂₀Ti₂O₂₀等。其中Bi₂Ti₂O₇屬焦綠石結構，可看作是由Ti-O八面體和Bi-O四面體結構混合組成，化學通式為A₂B₂O₇，晶格參數為a=b=c=2.068，屬于立方晶系，因而Bi₂Ti₂O₇薄膜沒有壓電和鐵電性，但它具有較高的介電常數。

隨著半導體器件中柵絕緣層(SiO₂)的不斷減薄，出現了諸如漏電流增大、器件穩定性變差等問題，解決這些問題的途徑之一是采用更高介電常量的材料來代替目前常用的SiO₂柵絕緣層，因此，近來人們對高介電常量材料進行了廣泛的研究。Bi₂Ti₂O₇薄膜具有較高的相對介電常量(約為150)和相當低的漏電流，是目前研究的高介電常量材料中，有希望替代用于高級MOS晶體管中傳統SiO₂柵絕緣層的材料之一。Bi₂Ti₂O₇作為絕緣柵場效應管的柵極材料，可以提高絕緣柵場效應管的跨導，降低開啟電壓，提高耐擊穿特性，減少器件尺寸。此外，Bi₂Ti₂O₇還在鐵電薄膜PZT、PST和Bi₄Ti₃O₁₂的制各過程中，被用作緩沖層，以改善薄膜的電學性質。

目前，有關Bi₂Ti₂O₇薄膜的報道較少，已報道的方法僅有化學溶液沉積法和脈沖激光沉積法。化學溶液沉積法雖然過程簡單，成本低廉，但是薄膜的均勻性和厚度難以控制。脈沖激光沉積法的優點是所得薄膜的質量好、純度高、與基板的結合性好，但是工藝設備較為復雜、需要嚴格的真空環境和工藝制度，且成本昂貴。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在FTO基板表面制備Bi₂Ti₂O₇介電陶瓷薄膜的方法，該方法所制備的Bi₂Ti₂O₇薄膜表面致密、厚度均勻，且薄膜具有較高的介電常數。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種在FTO基板表面制備Bi₂Ti₂O₇介電陶瓷薄膜的方法，包括以下步驟：

步驟1：基片的功能化：將FTO基片清洗干凈并于紫外光下照射后于OTS和甲苯的混合溶液中沉積30s~20min以獲得OTS單層膜，隨后烘烤以除去表面殘留溶液，再于紫外光下照射40~60min實現基片表面功能化；

步驟2：前驅液的配制：首先將Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于乙二醇甲醚中，然后向溶液中加入Ti(OC₄H₉)₄和檸檬酸，攪拌至澄清，加入冰醋酸作為穩定劑，保持溶液中Bi³⁺和Ti⁴⁺的總濃度為0.02mol/L~0.04mo?l/L；其中Bi、Ti摩爾比值為1.0，檸檬酸的物質的量為Bi和Ti的物質量之和；

步驟3：液相法沉積薄膜過程：將附著OTS單層膜的FTO基片置于配制好的前驅液中，在50℃~70℃下沉積10h~20h獲得非晶態薄膜；

步驟4：薄膜的晶化處理：將干燥后的非晶態薄膜先經紫外線照射，然后放入馬弗爐，在560℃保溫10min~60min以得到晶態Bi₂Ti₂O₇薄膜。