[發明專利]具有高電熱效應的硅摻雜鋯鈦酸鉛非取向薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201910068506.9
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109553415B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 姜桂鋮;王金鑫;楊彬;鄭立梅;劉丹青;黃偉城;曹文武
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/491
• 分類號: C04B35/491;C04B35/622;C04B41/88
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高倩

具有高電熱效應的硅摻雜鋯鈦酸鉛非取向薄膜的制備方法，涉及微電子器件制冷領域。本發明是為了解決現有缺少采用非取向薄膜形式對集成電路進行制冷的方法的問題。將乙酸鉛溶于冰乙酸溶液中并加熱去除水分得溶液A，將正丙醇鋯和鈦酸四丁酯溶于乙二醇單甲醚中得到溶液B；將A和B混合形成絮狀不溶物，溶解不溶物，再加熱得到PbZr_1?xTi_xO₃溶膠溶液，作為溶液C；將納米二氧化硅顆粒的乙醇溶液和溶液C混合得到溶液D；將C或D涂覆在FTO基片上形成濕膜，經過烘烤形成干膜，干膜退火處理形成一層薄膜；重復鍍膜，獲得具有厚度的薄膜；用磁控濺射方法在薄膜上表面生長鉑金電極，制備鋯鈦酸鉛非取向薄膜。它用于制備高電熱效應的薄膜。

技術領域

本發明涉及一種具有高電熱效應的硅摻雜鋯鈦酸鉛非取向薄膜的制備方法。屬于微電子器件制冷領域。

背景技術

近年來，隨著科技的發展人們對手機等電子產品要求越來越高，希望其越來越薄，越來越小。但是，對于電子器件來說其內部存在大量的集成電路，而電流經過這些電路時會產生大量的熱，這些熱量嚴重威脅到電子器件性能和壽命。因此，大部分電子產品都需要附加一個制冷裝置來冷卻。目前，大部分設備是通過壓縮氟利昂等含氟的化合物實現氣液轉化進行制冷的，但是，氟利昂是一種溫室氣體，目前世界各國都在減少其使用。而且，這種制冷設備結構復雜，通常包括循環、壓縮等系統，體積一般較大，不能應用于微電子器件的集成電路中。一種理想的制冷材料應該具有：功耗小、環境友好、能夠集成在微電子器件中等特點。

近年來，磁制冷和鐵電制冷材料陸續被發現并用于替代傳統的制冷材料。磁制冷是通過施加或移除外加磁場來改變材料磁疇的有序度從而引起熵的變化，進而改變材料的溫度來實現制冷的。磁制冷需要一個磁場，制冷能力越強需要的磁場越大，永磁體陣列越大，這些嚴重限制了磁制冷技術的應用。基于電熱效應的鐵電制冷完全避免了以上的種種不足。鐵電制冷是利用鐵電材料的極性在施加或移去電場過程中而引起材料的極化狀態發生改變而使熵發生變化進而實現制冷的。由于鐵電材料的極化狀態對外電場的響應非常敏感，使其成為電熱制冷的主要研究對象。鋯鈦酸鉛PbZr_1-xTi_xO₃(PZT)是鐵電材料中典型代表，具有很高的應用價值，通過改變鋯和鈦的比例可以得到一系列具有不同鐵電性能的材料，具有較高的自發極化，在反鐵電到順電的相變點附近具有較高的電熱效應(通常用溫度變化ΔT的大小來衡量)。且通過摻雜可以進一步提高其鐵電性能，得到更為優異的電熱材料。硅作為地殼中含量僅次于氧的元素是大家所熟知的。但是，把硅摻入鐵電材料的報道還很少。目前，對鋯鈦酸鉛制冷的研究主要集中于單晶、陶瓷等，對于薄膜的研究還比較少。從目前的研究結果來看，較大的、具有應用價值的高電熱材料主要還是薄膜結構材料。而其中具有較高電熱性能的薄膜都是取向的，制備這種薄膜需要在白金或者其他既能導電又有取向的基底上(鑭鍶鈷氧等)，這些襯底產量低、價格昂貴且不易應用于工業生產。氟摻雜氧化銦錫(FTO)是一種已經實現工業大量生產且價格相對便宜的基底材料，具有廣泛的應用前景。

發明內容

本發明是為了解決現有缺少采用非取向薄膜形式對集成電路進行制冷的方法的問題。現提供具有高電熱效應的硅摻雜鋯鈦酸鉛非取向薄膜的制備方法。

具有高電熱效應的硅摻雜鋯鈦酸鉛非取向薄膜的制備方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、將乙酸鉛溶于冰乙酸溶液中并通過加熱去除水分得到溶液A，將正丙醇鋯和鈦酸四丁酯溶于乙二醇單甲醚中得到溶液B；

步驟二、將溶液A和溶液B在攪拌的狀態下混合形成絮狀不溶物，在該絮狀不溶物中加入去離子水將所述的不溶物溶解，再進行加熱，加速反應形成PbZr_1-xTi_xO₃溶膠溶液，將該PbZr_1-xTi_xO₃溶膠溶液作為溶液C；將納米二氧化硅顆粒的乙醇溶液和溶液C混合得到溶液D；