[發(fā)明專利]一種采用反應(yīng)磁控濺射制備二氧化鉿基鐵電薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810171185.0
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108441830B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周大雨;孫納納;徐進(jìn);徐軍;張昱;趙鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/58;C23C14/54
• 代理公司: 21200 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，公開了一種采用反應(yīng)磁控濺射制備二氧化鉿基鐵電薄膜的方法。先使用標(biāo)準(zhǔn)的RCA清洗工藝，除去表面的殘留的雜質(zhì)和臟污；然后以金屬鉿和擬摻雜單質(zhì)金屬或非金屬作為靶材，在Ar和O₂混合氣氛中，采用反應(yīng)磁控濺射，沉積非晶二氧化鉿基薄膜；之后對沉積好的薄膜進(jìn)行退火晶化，得到正交相Pca2₁空間群晶體結(jié)構(gòu)的二氧化鉿基鐵電薄膜。本發(fā)明提出的反應(yīng)磁控濺射制備二氧化鉿基鐵電薄膜的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：沉積速率快、基材溫度低、對膜層的損傷少；薄膜與基片的結(jié)合好；薄膜純度高、致密性好、成膜均勻性好；濺射電源選擇靈活、摻雜元素選擇靈活多樣、靶材冷卻沒有特殊要求；工藝重復(fù)性好、薄膜成長條件容易控制且易于實現(xiàn)工業(yè)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有正交相Pca2₁空間群晶體結(jié)構(gòu)的二氧化鉿基鐵電薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

在全球化、信息化、科技化的大時代，人們對智能化硬件的需求越來越高，鐵電材料因其優(yōu)異的介電性、壓電性、熱釋電性、鐵電性以及電光效應(yīng)、光折變效應(yīng)和非線性光學(xué)效應(yīng)等重要特性，在新型信息存儲器、傳感器和光電器件等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料因與半導(dǎo)體CMOS集成工藝技術(shù)兼容性差和難以實現(xiàn)三維納米結(jié)構(gòu)制備等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了鐵電存儲器等集成鐵電器件的發(fā)展，急需新的材料來進(jìn)行替代。以HfO₂為代表的二元氧化物高介電常數(shù)(高-k)薄膜材料自上世紀(jì)90年代起成為研究熱點(diǎn)，并于近年來在微電子工業(yè)中廣泛取代SiO₂作為晶體管柵介質(zhì)和動態(tài)隨機(jī)存儲器(DRAM)電容器介質(zhì)。近年來，HfO₂基薄膜鐵電性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)為超大集成密度鐵電器件的研究和應(yīng)用帶來了新的發(fā)展契機(jī)。HfO₂薄膜在常壓下主要存在三種穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，分別是單斜相(monoclinic)、四方相(tetragonal)和立方相(cubic)。在室溫下HfO₂穩(wěn)定存在的形式是單斜相(空間群P21/c)；升溫到2050K轉(zhuǎn)化成四方相(P42/nmc)；繼續(xù)升溫到2803K轉(zhuǎn)化為立方相(Fm3m)。