[發明專利]一種測試鐵電薄膜電熱效應器件的制備方法

有效

• 申請號: 201810292842.7
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108428640B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 田莉;孫璟蘭;王建祿;孟祥建
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L35/34
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發明公開一種測試鐵電薄膜電熱效應器件的制備方法。本發明所得器件具備Si/Si₃N₄/SiO₂/TiO₂/LaNiO₃(LNO)/PbZr_xTi_1?xO₃(PZT)/Pt絕熱的微橋結構，以LNO為鐵電薄膜PZT的下電極，Pt作為上電極和溫度傳感器，在器件中，電場分別加在LNO和Pt電極上使PZT薄膜極化，由極化引起的溫度變化則由PZT表面的Pt電阻變化表現，通過對Pt電阻的變化值進行溫度的校正，從而獲得在鐵電薄膜極化過程中的溫度的變化，從而能夠為研究鐵電薄膜的電熱效應提供保證。

技術領域

本發明涉及鐵電材料的制備方法，具體涉及一種測試鐵電薄膜電熱效應器件的制備方法。

背景技術

機械式氣體循環制冷機的主要工作物質是氟利昂，對環境有著嚴重的污染，因此探索和發展不含氟利昂的制冷新技術，是全世界科技界所面臨的重大研究課題。一種可行的途徑是尋找合適的鐵電材料，研制鐵電去極化制冷器。與傳統制冷相比，利用鐵電材料的電熱效應制成的制冷器具有結構簡單、成本低、無污染、能量轉換率高等優點。

鐵電制冷原理是利用逆熱釋電效應—電熱效應(Electrocaloric Effect)，即在絕熱條件下對鐵電材料施加外電場時，其溫度發生變化的現象。若絕熱施加反向電場使鐵電體去極化，則鐵電體溫度降低，稱為絕熱去極化制冷。早在20世紀30年代，Kobeko就報道了羅息鹽的電熱效應，但是直到20世紀60年代，才有了更多有關鐵電陶瓷和單晶材料電熱效應的報道。然而，由于鐵電體材料無法加上足夠大的電場，因此提高電熱效應的主要途徑是使鐵電材料薄膜化。

近年來鐵電薄膜的電熱效應的研究有了一系列的重大突破。Science雜志報道了英國劍橋大學關于PbZr_0.95Ti_0.05O₃薄膜電熱效應的研究工作，發現在外電場的作用下，PbZr_0.95Ti_0.05O₃薄膜在鐵電相-順電相相變溫度附近產生了高達12℃的溫度改變。此外，在鐵電薄膜巨電熱效應研究取得的另一個突破則是在有機鐵電聚合物領域。Neese等人發現了有機鐵電聚合物材料在室溫附近獲得了高達12K的電熱溫度的變化。然而，這些電熱效應(絕熱條件下絕對溫度的變化量)以熱力學的理論為基礎，利用鐵電極化隨溫度的變化率曲線計算求出。因此，制備測試鐵電薄膜電熱效應的器件，不僅提供了測試鐵電薄膜電熱效應的實驗手段，也為進一步研究鐵電薄膜電熱效應的微觀機制提供了基礎。

發明內容

本發明的目的在于提供一種測試鐵電薄膜電熱效應器件的制備方法，為研究鐵電薄膜電熱效應的微觀機制提供了基礎。

本發明的技術方案為：

一種測試鐵電薄膜電熱效應器件的制備方法，該器件具備Si/Si₃N₄/SiO₂/TiO₂/LaNiO₃(LNO)/PbZr_xTi_1-xO₃(PZT)/Pt絕熱的微橋結構，制備方法包括如下步驟：

(1)在Si襯底上依次制備SiO₂、Si₃N₄薄膜、緩沖層TiO₂薄膜、底電極LNO薄膜和鐵電薄膜；其中LNO薄膜采用溶膠-凝膠法制備，并采用快速退火法進行退火；

(2)在鐵電薄膜表面進行光刻，然后經過Ar離子刻蝕至LNO薄膜層，獲得鐵電薄膜圖形；

(3)在LNO薄膜和鐵電薄膜表面進行光刻，然后經過Ar離子刻蝕至Si₃N₄薄膜層，獲得LNO底電極圖形；