[發(fā)明專利]利用射頻磁控濺射工藝制備BiFeO3薄膜阻變存儲器的方法

在審

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• 申請日: 2017-04-16
• 公開（公告）號: CN106835052A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱慧;汪鵬飛;馮士維;郭春生;張亞民
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/02;C23C14/04;C23C14/58
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜沉積機阻變存儲器制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在Nb:SrTiO₃(NSTO)上制備BiFeO₃鐵電薄膜阻變存儲器的方法

背景技術(shù)

阻變存儲器因其具有讀寫速度快，功耗低，集成度高以及和當(dāng)今半導(dǎo)體工藝兼容性好等優(yōu)點，成為最有希望的新一代存儲器之一。BiFeO₃(BFO)材料由于其優(yōu)異的鐵電性能，光伏性能以及無毒無污染等特性，成為鐵電材料領(lǐng)域最受矚目的材料之一。最近，研究人員發(fā)現(xiàn)BFO薄膜也具有阻變效應(yīng)，引起了人們對BFO鐵電薄膜阻變存儲器應(yīng)用研究的極大興趣。很多科研人員通過脈沖激光沉積(PLD)，溶膠凝膠法(Sol-gel)等方法制備出了性能良好的鐵電薄膜阻變存儲器，然而這些制備方法尚存在很多不足：如成本高，重復(fù)性差。射頻磁控濺射法是制備高質(zhì)量大面積薄膜最具性價比的方法之一，而且該工藝方法是當(dāng)今半導(dǎo)體工藝廠的重要的步驟之一，具有和當(dāng)前半導(dǎo)體工藝兼容性好等優(yōu)點。

但是，到目前為止，尚未有一種利用射頻磁控濺射法在NSTO襯底上制備出BFO薄膜阻變存儲器的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種方便有效的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為利用射頻磁控濺射工藝制備BiFeO3薄膜阻變存儲器的方法，該方法選擇NSTO作為襯底，通過射頻磁控濺射法制備出結(jié)晶好的BFO薄膜，然后再通過濺射法制備出0.3mmx0.3mm的頂部電極。獲得BFO薄膜阻變存儲器。

其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟1)將已清洗好的NSTO襯底固定在托盤上，關(guān)好各氣閥后抽真空，直至真空度達(dá)到3.2x10^-4Pa以上，通入氬氣，調(diào)節(jié)分子泵插板閥，將氣壓調(diào)整到3-5Pa。

步驟2)設(shè)定襯底溫度為室溫，開射頻源起輝，濺射功率分別為65W，對靶材進行預(yù)濺射5分鐘，然后打開擋板進行濺射沉積BiFeO₃鍍膜，之后用管式爐退火。

步驟3)上電極的制備；

在帶有0.3mmx0.3mm方孔的掩膜版的遮擋下，通過濺射法在BFO鐵電薄膜上沉積0.3mmx0.3mm的電極即可。

步驟1)中NSTO的清洗過程為：先用乙醇浸泡NSTO襯底并用超聲清洗5min，重復(fù)三次，再用丙酮浸泡NSTO襯底并用超聲清洗，重復(fù)三次，最后用去離子水反復(fù)，之后自然干燥。

步驟1)中靶材和基片的距離為100mm。

步驟2)中沉積BFO薄膜時只通入氬氣，流量為40Sccm。

步驟2)中沉積BFO薄膜時的工作氣壓為0.83Pa。

步驟2)中沉積好的BFO薄膜在氧氣氣氛中600℃用管式爐退火30min。

步驟1)中沉積BFO薄膜時的濺射時間為35～90min。

薄膜制備采用NSTO作為襯底，其清洗過程為：先用乙醇浸泡NSTO襯底并用超聲清洗5min，重復(fù)三次，再用丙酮浸泡NSTO襯底并用超聲清洗，重復(fù)三次，最后用去離子水反復(fù)沖洗，之后自然干燥，并放置在樣品盒中備用。本實驗在射頻磁控濺射鍍膜機上(MSB-300B)進行薄膜沉積。BFO靶材采用的是99.9％純度的陶瓷靶。

BFO鐵電薄膜阻變存儲器的制備過程如下：將已清洗過的NSTO襯底用高溫膠帶遮住部分表面，然后固定在樣品托上，關(guān)好濺射室門后抽真空，直至真空度達(dá)到3.2x10^-4Pa時，通入氬氣，調(diào)節(jié)插板閥，將濺射室氣壓調(diào)整到起輝氣壓，開射頻源起輝，然后調(diào)節(jié)插板閥將濺射室氣壓調(diào)整到工作氣壓，在相同的功率下對靶材預(yù)濺5min。在機器各方面參數(shù)穩(wěn)定一段時間后，打開樣品擋板，開始沉積薄膜。沉積一定時間后，關(guān)閉射頻源，停止起輝。最后將沉積好的BFO薄膜在氧氣氣氛下600℃用管式爐退火30min。

在帶有0.3mmx0.3mm方孔的掩膜版的遮擋下，通過濺射法在BFO鐵電薄膜上沉積0.3mmx0.3mm的電極即可。

附圖說明

圖1為實施例2制備的NSTO基底上BFO鐵電薄膜的X射線衍射圖譜。圖譜中可以看到BFO的衍射峰，并有少量的第二相，BFO薄膜的取向為(00l)。

圖2為實施例1制備的NSTO基底上的BFO鐵電薄膜的原子力顯微鏡圖譜，從圖譜中可以看出，晶粒大小為150nm左右，BFO薄膜的表面均方根粗糙度為12.5nm。