[發明專利]一種BST基多層介電增強薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010972653.1
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112259374A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 王歆;鐘煌;盧振亞;陳志武
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01G4/012
• 分類號: H01G4/012;H01G4/008;H01G4/14;H01G4/33
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

本發明公開了一種BST基多層介電增強薄膜及其制備方法，包括襯底，采用溶膠凝膠法在襯底上旋涂多層異質薄膜，利用磁控濺射在多層異質薄膜上沉積Au電極，所述多層異質薄膜由BST薄膜和BTO薄膜交替堆疊構成。該結構是利用溶膠凝膠旋涂制膜，通過不同的溶膠濃度以及旋涂工藝獲得周期厚度不一的多層異質結構薄膜，本發明改善了由于進一步減小薄膜厚度所帶來的介電性能下降的問題，使材料的介電常數得到劇增。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，具體涉及一種BST基多層介電增強薄膜及其制備方法。

背景技術

人們期望可通過減小電介質層厚度和采用高介電常數的電介質材料的途徑來提高薄膜電容器的比電容。美國、日本等發達國家在薄膜型集成電容器材料及器件制備技術的研究和器件開發方面取得了豐碩的成果，形成了眾多工藝成熟、受知識產權保護的薄膜型集成化電容器產品。當前，隨著大規模集成電路技術以及“超越穆爾定律”(More thanMoore)的多功能集成化遠景的提出，國際上基于薄膜集成技術的高密度、高集成度無源器件的集成，特別是小尺寸、高性能的薄膜型集成化電容器研究十分活躍。盡管如此，要將現有的高性能薄膜電介質材料應用于高性能、高集成度薄膜電容器的實際應用，還有很多關鍵問題需要解決。例如從電容器材料的角度看，目前薄膜的介電常數還不夠高，比電容值與國外水平相比還有差距，薄膜的介電強度仍偏低，薄膜的抗疲勞特性還不能滿足電容器實際應用的要求。

高密度、高集成度電子產品要求進一步減小電容器尺寸，提高電容器比電容及電學性能，材料體系確定的情形下，通常采用減小薄膜厚度的方式提高比電容，然而鐵電薄膜在厚度減小后，介電常數降低，并且薄膜會出現孔洞，薄膜漏電流增大，承受的耐壓減小，表面平整性和溫度穩定性惡化，因此單層薄膜電容器已不能滿足上述應用需要，多層薄膜結構是一個可能的解決方案。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種BST基多層介電增強薄膜及其制備方法，通過制備BST和BTO異質堆疊結構，在單層厚度足夠薄的情況下，使得整體材料的介電常數得到成倍的增大。

本發明采用如下技術方案：

一種BST基多層介電增強薄膜，包括襯底，采用溶膠凝膠法在襯底上旋涂多層異質薄膜，利用磁控濺射在多層異質薄膜上沉積Au電極，所述多層異質薄膜由BST薄膜和BTO薄膜交替堆疊構成。

優選的，多層異質薄膜中，每一層的厚度相等。

優選的，所述襯底為Pt/Ti/SiO₂/Si。

一種BST基多層介電增強薄膜的制備方法，包括如下步驟：

選用襯底，對其進行超聲清洗并干燥處理；

以乙酸鋇、乙酸鍶和鈦酸四丁酯為金屬醇鹽，醋酸為穩定劑，乙二醇甲醚做溶劑，乙酰丙酮為螯合劑，甲酰胺的為干燥劑制備BST前驅體溶膠；同樣的，以乙酸鋇和鈦酸四丁酯為金屬醇鹽，醋酸為穩定劑，乙二醇甲醚做溶劑，乙酰丙酮為螯合劑，甲酰胺為干燥劑制備BTO前驅體溶膠；

在襯底上，通過旋涂、干燥、熱分解及預結晶處理得到待需要的預結晶薄膜；重復多次，得到多層異質結構薄膜，最后統一進行高溫退火處理；

通過氫氟酸腐蝕薄膜一角，然后在薄膜上通過掩膜版磁控濺射Au作為頂電極。

優選的，每層厚度為40～160nm。

優選的，BST的前驅體溶膠和BTO的前驅體溶膠濃度在0.2～0.3mol/L。

優選的，通過調節乙酸含量控制BST和BTO的前驅體溶液的pH值在3～4；以摩爾質量比1:20添加甲酰胺作為干燥劑，使得有機物揮發分解更加緩和。