[發明專利]一種柔性氧化鉿基鐵電薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201711405781.2
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108039408A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 姜杰;周益春;涂楠英;彭強祥
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L21/822
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 楊唯

一種制備柔性氧化鉿基鐵電薄膜的方法包括以下步驟：1)在單晶柔性云母片上采用磁控濺射制備TiN底電極或者采用激光脈沖沉積法制備鈣鈦礦結構氧化物SRO底電極；2)采用溶膠凝膠法制備鐵電薄膜的前驅體溶液，其中，前驅體溶液的濃度為0.01?0.05mol/L，鐵電薄膜材料選自鋯摻雜的氧化鉿和釔摻雜的氧化鉿中的任意一種；3)氧化鉿基鐵電薄膜的制備，采用旋涂法在上述SRO或者TiN底電極上旋涂上述前驅體溶液，得到均勻濕膜；4)將上述制得的均勻濕膜進行干燥、熱解、退火處理；5)重復步驟3)?4)若干次即得到目標柔性氧化鉿基鐵電薄膜。

技術領域

本發明涉及鐵電薄膜與器件制備技術領域，具體涉及柔性鐵電薄膜的制備方法。

背景技術

隨著社會的高速進步和發展，人們對電子產品的需求越來越高，而柔性器件因具有獨特的彎曲特性以及方便攜帶、低成本的制備工藝等特點，因此其在信息、醫療、能源和國防等方面具有廣泛的應用前景。近年來，柔性電子器件已代表了新一帶半導體發展的一個方向，作為重要的未來半導體一大發展趨勢，目前柔性電子器件在國內外得到高度關注。隨著傳感器、執行器和顯示器等一些大面積電子產品的迅速發展，人們對這些設備的要求是越來越薄膜化和輕型化。將這些產品制作在可彎曲的基板是非常有必要的。許多消費電子廠商如三星、索尼、惠普和諾基亞等顯示出越來越大的興趣，相繼開發了一系列具有柔性顯示屏的電子閱讀器、手機、電視和其它消費電子產品。在這些產品中，柔性鐵電薄膜存儲器是其中必不可少的一部分，它具有存儲代碼、數據和動/靜態信息的能力，因此目前迫切有需要來研究新型的柔性鐵電薄膜存儲器。

研究柔性鐵電薄膜，其重中之重在于基板的選擇。目前常用的柔性鐵電薄膜的基板有：1)聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，因其具有透光性、可彎曲以及價格低廉等特點而被廣泛使用，但因其不具有耐高溫的缺點，所以不適合生長傳統的需要高溫制備的鐵電材料，因此，此種基板只局限于生長有機鐵電材料。2)超薄柔性玻璃，因為其具有超強的透光性、光滑的表面(0.2-0.3nm)、可彎曲和耐高溫(650℃)等優點而被選為制備高溫鐵電材料的常用基板，但是超薄玻璃低的拉伸強度(33MPa)和昂貴的價格阻礙了其廣泛應用。如今，云母片的出現克服了這些缺點，云母片因價格低廉、具有良好的彎曲特性、耐高溫(800℃)、超強的透光性、耐酸堿、超低的表面粗糙度(0.2-0.3nm)等優點而嶄露頭角。

目前，常用的柔性鐵電薄膜有柔性有機鐵電薄膜其剩余極化小、較大的矯頑場。而剩余極化較大的PZT薄膜是含鉛材料，對于傳統的鈣鈦礦薄膜鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜來說，鉛基材料在生產、使用和廢棄處理過程中都會給人類健康和生態環境造成損害。基于鉛污染已成為人類公害之一，歐盟、美國和日本都相繼頒布法令，禁止或限制使用含鉛材料。

因此，亟需尋找一種綠色鐵電材料及簡單、快捷、成本低廉、制程穩定的制備方法，以便解決以上問題。

發明內容

本發明的目的旨在于克服現有生長柔性鐵電薄膜技術和材料的不足，而提供一種在低溫條件下、簡單、快捷、成本低廉，制備過程穩定且性能良好的氧化鉿基鐵電薄膜的制備方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

制備柔性氧化鉿基鐵電薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在單晶柔性云母片上采用磁控濺射制備TiN底電極或者采用激光脈沖沉積法制備鈣鈦礦結構氧化物SRO底電極；

2)采用溶膠凝膠法制備鐵電薄膜的前驅體溶液，其中，前驅體溶液的濃度為0.01-0.05mol/L，鐵電薄膜材料選自鋯摻雜的氧化鉿(以下簡稱為HZO)和釔摻雜的氧化鉿(以下簡稱為HYO)中的任意一種；

3)氧化鉿基鐵電薄膜的制備，采用旋涂法在上述SRO或者TiN底電極上旋涂上述前驅體溶液，得到均勻濕膜；

4)將上述制得的均勻濕膜進行干燥、熱解、退火處理；