[發(fā)明專利]一種摻鋯的CaCu3Ti4O12薄膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310739745.5
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103805969A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設計）人: 林媛;馮大宇;高敏;張胤
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12;H01B3/12
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 李明光

技術領域

本發(fā)明屬于電介質材料合成技術領域，具體涉及一種摻鋯的CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜的制備方法。

背景技術

高介電常數(shù)材料（ε＞1000）的開發(fā)和研究為大容量電容器的應用和電子元件的小型化、微型化帶來了飛速的發(fā)展。迄今為止，一些高介電常數(shù)材料已經在實際器件中得到應用。2000年人們發(fā)現(xiàn)CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)在1kHz交流電場作用下介電常數(shù)可達12,000，并且在100K到400K的溫度范圍內，介電常數(shù)基本不變，其單晶樣品低頻介電常數(shù)甚至可達10⁵。CCTO的高介電特性一經發(fā)現(xiàn)，立即引起了人們的廣泛關注，但是，介電常數(shù)越高的電介質材料，介電損耗也越大，因此CCTO在具有高介電常數(shù)的同時也具有較大的介電損耗，這也限制了CCTO的廣泛應用。CCTO多晶陶瓷樣品室溫下?lián)p耗為0.067(100kHz)、0.1(1kHz),CCTO薄膜室溫下?lián)p耗為0.2(10～100kHz)，單晶樣品的損耗則更高。然而在實際應用中，電介質材料的損耗一般需要控制在0.05以下，因此在保持高介電常數(shù)的同時，如何降低CaCu₃Ti₄O₁₂材料的介電損耗對于實際應用有著重大的意義。

目前制備CaCu₃Ti₄O₁₂材料的方法主要有物理氣相沉積（如磁控濺射、脈沖激光沉積和分子束外延等）、化學氣相沉積和溶膠凝膠法等。物理和化學氣相沉積通常都需要在真空環(huán)境下進行生長，所以需要復雜和昂貴的真空設備，因而不可能大批量生長。而以溶膠凝膠法為代表的化學溶劑沉積法突破了對真空設備的依賴，體現(xiàn)了設備簡單、成本低，可大面積制備薄膜等優(yōu)點。但在溶膠凝膠法中，前驅物溶液需要經過水解和縮合反應，溶液的穩(wěn)定性較難控制。尤其在制備多元化合物時，由于各種金屬醇鹽的水解反應速度存在差別，難以控制薄膜中各種元素的化學計量比。高分子輔助沉積法是近年發(fā)展起來的一種新的化學溶劑沉積方法。2004年，來自美國的JIA?Q?X等人第一次報道了高分子輔助沉積方法（《Polymer-assisted?deposition?of?metal-oxide?films（高分子輔助沉積法制備金屬氧化物薄膜）》，參見Nature?Materials,2004,3:529-532，JIA?Q?X,MCCLESKEY?T?M,BURRELL?A?K,et?al.），并采用該方法在LaAlO₃和Al₂O₃基底上成功制備出了TiO₂、BaTiO₃等氧化物薄膜。該方法首先將金屬無機鹽和水溶性的高分子混合，通過金屬與高分子鍵合形成均勻穩(wěn)定的前驅物溶液，然后將前驅物溶液涂覆到基片上，最后在常壓下，根據(jù)不同基底通入不同的混合氣體，在保證一定實驗氣氛的條件下，通過熱處理使鍵合斷開高分子分解形成固體薄膜。高分子輔助沉積方法不僅具有溶膠凝膠法的低成本、大規(guī)模、以及可在柔性或者不規(guī)則襯底上制備薄膜的優(yōu)點，還可以精確控制多元組分薄膜中各元素的化學計量比，穩(wěn)定性和可控性好。本申請的發(fā)明人一直致力于低損耗CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜的研究工作，在之前報道的《一種低介電損耗CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜的制備方法》（詳見中國專利申請201310716704.4）中，對高分子輔助沉積法制備的CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜的介電損耗進行了表征，發(fā)現(xiàn)高分子輔助沉積法制備的CCTO薄膜介電損耗約為0.06（10KHz～1MHz）。然而在實際應用中，電介質材料的損耗一般需要控制在0.05以下，因此在高分子輔助沉積法制備CCTO薄膜的探索中，有必要尋找一種簡單且能有效降低CCTO薄膜介電損耗的方法。