[發(fā)明專利]高儲能密度、高儲能效率的AFE電容器的制備、反鐵電薄膜層及制備、柔性AFE電容器

有效

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• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112447413B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘高闊;李江宇;陳騫鑫;任傳來;張園
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G4/33;H01G4/08;C23C14/28;C23C14/08
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 任志龍

1.一種AFE電容器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

在基底(10)上沉積緩沖層(20)；

在緩沖層(20)上沉積第一電極層(30)；

在第一電極層(30)上沉積包含兩層以上薄膜的反鐵電薄膜層(40)；

在反鐵電薄膜層(40)上沉積第二電極層(50)，得到AFE電容器；

其中反鐵電薄膜層(40)通過脈沖激光沉積，且相鄰薄膜包含的元素可相同或不同；

反鐵電薄膜層(40)包含A層和B層，A層的組成元素包含Pb、Ti、Zr與La元素，B層的組成元素包含Sr、Ti元素；

所述A層和B層形成AB雙層結(jié)構(gòu)，B層的厚度控制小于第二電極層(50)與第一電極層(30)的厚度；所述AB雙層結(jié)構(gòu)中的A層作為反鐵電薄膜層(40)的主要層，A層厚度占所述反鐵電薄膜層(40)的總厚度的65 %~97 %；

AB雙層結(jié)構(gòu)中的B層的厚度介于5~50 nm；AB雙層結(jié)構(gòu)中的A層的厚度介于150~500 nm；所述反鐵電薄膜層(40)的厚度介于170~550 nm；

基底(10)的厚度介于10~40 nm；所述緩沖層(20)的厚度介于5~30 nm；所述的第一電極層(30)或第二電極層(50)的厚度介于10~30 nm；

AB雙層結(jié)構(gòu)為PLZT/STO的雙層結(jié)構(gòu)，其中A層的PLZT靶材為Pb_1-XLa_X(Zr_1-YTi_Y)O₃ ，X=0.05~0.15，Y= 0.05~0.20靶材；B層的STO靶材為SrTiO₃靶材；

在電極層上沉積包含兩層以上薄膜的反鐵電薄膜層(40)的步驟包括：

a. 將PLZT靶材和STO靶材分別放置在兩個相鄰的靶位上；

b. 將基底(10)固定于脈沖激光沉積系統(tǒng)的生長腔器中，主靶位的正上方，基底(10)與靶材之間的距離為45~75 cm；沉積腔真空度≤ 1×10^-7 Pa；沉積溫度630~670 ℃；氧分壓90~110 mTorr；激光能量330~350 mJ；脈沖激光頻率5~10 Hz；沉積溫度速率30 ℃/min；激光焦距5~15 mm；沉積速率1~5 nm/min；

c. 將PLZT靶位切換至主靶位，并且開啟激光器轟擊PLZT靶材固定發(fā)數(shù)85~95發(fā)；

d. 迅速將STO靶位切換至主靶位，并且開啟激光器轟擊STO靶材15~25發(fā)；

e. 重復(fù)循環(huán)步驟c~d的過程200~240次，制備得到不同激發(fā)數(shù)組分的PLZT-STO的AFE電容器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFE電容器的制備方法，其特征在于，緩沖層(20)、第一電極層(30)、第二電極層(50)均通過脈沖激光沉積；

所述緩沖層(20)為CoFe₂O₄薄膜，激光沉積CoFe₂O₄薄膜的條件為：沉積腔真空度≤5×10^-6 Pa；沉積溫度600~650 ℃；氧分壓40~60 mTorr；激光能量290~330 mJ；脈沖激光頻率5~10 Hz；沉積溫度速率30 ℃/min；激光焦距-5~5 mm；沉積速率3~5 nm/min；

所述第一電極層(30)、第二電極層(50)均為SrRuO₃薄膜，脈沖沉積SrRuO₃薄膜的條件為：沉積腔真空度≤5×10^-6 Pa；沉積溫度600~650 ℃；氧分壓70~90 mTorr；激光能量330~350 mJ；脈沖激光頻率5~10 Hz；沉積溫度速率30 ℃/min；激光焦距0~5 mm；沉積速率3~5nm/min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AFE電容器的制備方法，其特征在于，所述基底(10)為柔性基底；柔性基底使用前對其進行清潔預(yù)處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的AFE電容器的制備方法，其特征在于，柔性基底為Mica基底。