[發明專利]一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201810342651.7
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108707879A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 周大雨;王靜靜;董偉;王雪霞;馬曉倩;姚一凡;李帥東
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

1.一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)制備前驅體溶液：以無機鋯鹽和無機鉿鹽為原料，其中鉿的摻雜濃度為1-50mol％，將原料和去離子水的混合溶液A室溫攪拌，然后向上述溶液A中加入堿性沉淀劑，生成白色沉淀，控制pH值在7.0-9.0之內，隨后用去離子水離心清洗沉淀，得到沉淀B，向上述沉淀B中加入酸，得到混合液C，將混合液C持續攪拌，即得到澄清透明的鉿摻雜氧化鋯(ZrHfO₂)前驅體溶液，控制澄清溶膠的pH值小于1.0；

2)基片清洗和表面處理：采用標準的RCA清洗工藝清洗基片，隨后將干燥的基片進行表面預處理，以增加基片表面與前驅體溶液的潤濕性；

3)涂覆和干燥處理：將上述步驟1)中得到的前驅體溶液涂覆在步驟2)后的基片上，在基片表面沉積一層薄膜后，將基片置于120-170℃熱板上加熱1-3min，重復上述步驟，直至獲得所需膜厚；

4)薄膜熱處理：將上述3)得到的薄膜進行預熱處理，以0.5-3℃/min的升溫速度加熱到380-420℃，隨后，將預熱處理過的薄膜在凈化氣體的保護下進行快速退火處理得到晶態的鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜。

2.根據權利要求1所述的一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，上述步驟1)中所述的無機鋯鹽為ZrOCl₂·8H₂O、Zr(NO₃)₄·xH₂O、ZrO(NO₃)₂·xH₂O、ZrCl₄、Zr(SO₄)₂中的一種；無機鉿鹽為HfOCl₂·8H₂O、Hf(NO₃)₄·xH₂O、HfO(NO₃)₂·xH₂O、HfCl₄、Hf(SO₄)₂水性無機鹽中的一種；堿性沉淀劑為NH₃·H₂O、NaOH、KOH、尿素、碳酸氫銨中的一種；酸為一元酸HX，HX為HNO₃、HCOOH中的一種，且X/Zr的摩爾比為1.2-1.5。

3.根據權利要求1或2所述的一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，步驟1)中酸混合過氧化氫加入沉淀中，過氧化氫作為助溶劑，有利于加速沉淀溶解。

4.根據權利要求1或2所述的一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，上述步驟1)中所述的堿性沉淀劑與Zr⁴⁺的摩爾濃度比為3.5～2.5:1。

5.根據權利要求1或2所述的一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，上述步驟1)中所述的前驅體溶液中Zr⁴⁺的濃度通過加入的去離子水的量在0.01-0.6mol/L之間調節，可以用來控制薄膜的厚度。

6.根據權利要求1或2所述的一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，上述步驟2)中所述的基片采用Si、Ge或GaAs半導體材料中的一種；所述基片預處理方式為紫外輻照或等離子轟擊。

7.根據權利要求1或2所述的一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，上述步驟3)中所述的涂覆方法為旋涂、浸涂、噴涂中的一種。

8.根據權利要求1或2所述的一種鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，上述步驟3)中所述的涂覆和干燥處理步驟可根據薄膜厚度需求反復多次進行，然后再進行后續薄膜熱處理，可以控制薄膜的厚度；所述的鉿摻雜二氧化鋯鐵電薄膜的厚度在10-400nm之內。