[發明專利]鈦酸鍶鋇介質薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410300413.1
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104030680A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 李玲霞;董和磊;于仕輝;金雨馨;許丹
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術領域

本發明屬于電子信息材料與元器件領域，特別涉及一種用于微波調諧元器件的鈦酸鍶鋇薄膜制備方法。

背景技術

鈦酸鍶鋇(Ba_1-xSr_xTiO₃,即BST)鐵電薄膜具有介電性能優良、居里溫度隨組份改變以及介電常數隨電場可調等特點，在動態隨機存儲器、室溫紅外探測器、微波調諧器件等領域具有廣闊的應用前景，是鐵電集成器件領域最廣泛研究的材料之一，成為國內外研究的熱點。

BST薄膜的制備方法主要有射頻磁控濺射(RF-Magnetron?sputtering)、脈沖激光沉積(PLD)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)以及溶膠-凝膠法(Sol-Gel)；與其他方法相比，溶膠-凝膠法制備薄膜具有均勻性好、化學計量比容易控制、設備簡單等優點，已被廣泛用于鐵電薄膜的制備；傳統溶膠-凝膠法制備BST薄膜多采用鋇、鍶的醇鹽或醋酸鹽和鈦酸四丁酯作原料，成本較高，原料化學性質不穩定且不易獲得。以碳酸鋇、碳酸鍶及二氧化鈦作為原料采用Sol-Gel制備BST鐵電薄膜未見報道；本發明利用二氧化鈦代替鈦酸四丁酯，碳酸鹽代替部份醇鹽，采用Sol-Gel技術來制備Ba_1-xSr_xTiO₃(BST)薄膜的新工藝。

發明內容

本發明的目的，在于克服傳統溶膠-凝膠法制備BST薄膜多采用鋇、鍶的醇鹽或醋酸鹽和鈦酸四丁酯作原料、成本較高、原料化學性質不穩定且不易獲得的缺點，提供一種鈦酸鍶鋇介質薄膜的制備方法，通過二氧化鈦代替鈦酸四丁酯，碳酸鹽代替部份醇鹽，以達到降低生產成本的目的。

本發明通過如下技術方案予以實現：

一種鈦酸鍶鋇介質薄膜的制備方法，步驟如下：

(1)配制鈦-檸檬酸-乙二醇溶液

①根據鈦酸鍶鋇的化學計量比稱取二氧化鈦粉體，將二氧化鈦放入氫氟酸中，水浴加熱至其全部溶解；

②向步驟①的溶液中加入氨水，中和反應生成偏鈦酸沉淀；

③抽濾、洗滌步驟②所得偏鈦酸沉淀，然后將偏鈦酸加入硝酸中，磁力攪拌至沉淀完全溶解，得到硝酸鈦溶液；其中偏鈦酸與硝酸的摩爾比為1:2；

④向步驟③所得硝酸鈦溶液中加入檸檬酸，磁力攪拌使檸檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加熱磁力攪拌2h使溶液混合均勻，其中硝酸鈦、檸檬酸與乙二醇之間的摩爾比為1:4:4；

⑤將步驟④所得溶液靜置24h，使反應進行完全，得到鈦-檸檬酸-乙二醇的硝酸水溶液；溶液經60℃磁力攪拌加熱4h，得到穩定的鈦-檸檬酸-乙二醇水溶液；

(2)配制鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液

①按照摩爾比例1：4制備檸檬酸-乙二醇溶液

②根據鈦酸鍶鋇的化學計量比稱取鈦酸鋇、鈦酸鍶，將其加入上述檸檬酸-乙二醇溶液中，磁力攪拌加熱至粉體全部溶解，得到穩定的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液；

(3)將步驟(2)配置的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液加入步驟(1)配置鈦-檸檬酸-乙二醇水溶液中，攪拌均勻得鈦酸鍶鋇前驅體溶膠；

(4)向步驟(3)制得鈦酸鍶鋇溶膠中加入甲醇做稀釋劑，加熱攪拌，得到所以需要的鈦酸鍶鋇前驅體溶膠；

(5)將步驟(4)配置的前軀體溶膠滴在基底上，用臺式勻膠機勻膠，使溶膠均勻地涂覆在基底上，制得多層薄膜，然后于熱板上干燥；

(6)將步驟(5)干燥后的薄膜在550～750℃進行熱處理；

(7)重復步驟(5)、(6)制備厚度為300nm的多層薄膜；

(8)將步驟(7)制備的多層薄膜再于550～750℃進行后處理，處理0.5～2h，得到鈦酸鍶鋇介質薄膜。

所述步驟(5)的基底為SiO₂/Si基底。

所述步驟(6)的熱處理溫度為650℃。

本發明的鈦酸鍶鋇介質薄膜的制備方法，以碳酸鋇、碳酸鍶及二氧化鈦作為原料，替代了現有技術的部份醇鹽及鈦酸四丁酯，降低了薄膜的生產成本。此外，該制備工藝獲得薄膜性能優異，過程簡單，是一種Sol-Gel法制備BST薄膜的新工藝，具有廣闊的應用前景。

本發明采用日本理學公司DMAX/RC型X射線衍射儀測試，薄膜為立方相結構；采用美國VEECO公司DEKTAK6M面形貌測量儀測試，薄膜的厚度為300nm；采用場發射掃描電鏡(JEOL?JSM-7600F，Japan)測試，薄膜致密無裂紋。

具體實施方式