[發(fā)明專利]制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法

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• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN115548209A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 吳金良;尹志崗;江奕天;程勇;張興旺
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L41/187
• 分類號: H01L41/187;C30B23/02;C30B29/32;C30B29/64;H01L41/37
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發(fā)明提供了一種制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，包括：在單晶襯底上制備a面氧化鋅緩沖層；在a面氧化鋅緩沖層上外延生長鋯鈦酸鉛單晶薄膜層，得到復合層結構；將復合層結構置于稀酸溶液中，采用濕法腐蝕工藝腐蝕a面氧化鋅緩沖層，得到鋯鈦酸鉛單晶薄膜；將鋯鈦酸鉛單晶薄膜轉移至柔性襯底上，得到柔性襯底支撐的鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜。本發(fā)明可實現(xiàn)鋯鈦酸鉛外延薄膜的柔性化，制備過程具有嚴格意義上的可控性及可重復性；本發(fā)明制備過程簡單、成本低、適用范圍廣，對實現(xiàn)鋯鈦酸鉛柔性電子器件研制具有重要推動作用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法。

背景技術

可穿戴、便攜式電子器件是人工智能等新興技術的關鍵之一，對材料的體積、重量、集成度、是否能夠彎曲等方面提出了挑戰(zhàn)。相比于傳統(tǒng)的體材料而言，薄膜材料具有體積小，重量輕，易于集成等特點，被廣泛應用于各領域，因此具有特殊功能的薄膜材料受到了廣泛的關注。這些功能材料可能具有電學、光學、磁學和聲學等方面的特殊性質，基于這些性質可以用于研制傳感器、存儲器、太陽能電池、換能器等。柔性薄膜材料則具備可彎曲、能折疊等特點，與傳統(tǒng)的剛性薄膜材料相比，柔性薄膜材料適用范圍更廣，更具有應用前景。

鋯鈦酸鉛是迄今為止人們發(fā)現(xiàn)的綜合性能最優(yōu)的鐵電(壓電)材料，具有居里溫度高、飽和極化強度及矯頑場大小適中、壓電系數(shù)大、化學穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性突出等優(yōu)點，廣泛應用于電容器、信息存儲及MEMS等領域。目前，鋯鈦酸鉛的應用主要局限在剛性體系中，其在柔性電子器件領域的應用相對較少。鋯鈦酸鉛外延生長技術發(fā)展較為成熟，但要通過濕法腐蝕得到柔性鋯鈦酸鉛單晶薄膜，關鍵是在鋯鈦酸鉛與襯底之間插入一層晶格失配度、對稱性及化學特性符合要求的犧牲層。

發(fā)明內容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，以a面氧化鋅作為犧牲層材料，通過濕法腐蝕a面氧化鋅，最終得到柔性的鋯鈦酸鉛單晶薄膜。

本發(fā)明提供一種制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，包括：在單晶襯底上制備a面氧化鋅緩沖層；在a面氧化鋅緩沖層上外延生長鋯鈦酸鉛單晶薄膜層，得到復合層結構；將復合層結構置于稀酸溶液中，采用濕法腐蝕工藝腐蝕a面氧化鋅緩沖層，得到鋯鈦酸鉛單晶薄膜；將鋯鈦酸鉛單晶薄膜轉移至柔性襯底上，得到柔性襯底支撐的鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜。

進一步地，本發(fā)明的制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，在單晶襯底上制備a面氧化鋅緩沖層后，先在a面氧化鋅緩沖層上外延生長籽晶層，然后在籽晶層上外延生長鋯鈦酸鉛單晶薄膜層，其中籽晶層由鈣鈦礦型氧化物構成，籽晶層與a面氧化鋅緩沖層晶格匹配。

進一步地，本發(fā)明的制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，將復合層結構置于稀酸溶液中之前，包括在鋯鈦酸鉛單晶薄膜層上設置保護層，用于保護鋯鈦酸鉛單晶薄膜不受損傷。

進一步地，本發(fā)明的制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，保護層為聚合物薄膜保護層，聚合物薄膜保護層能溶于有機物，可以被有機溶劑清洗去除。

進一步地，本發(fā)明的制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，單晶襯底為r面藍寶石或(001)取向的鈣鈦礦型氧化物。

進一步地，本發(fā)明的制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，稀酸溶液濃度為體積分數(shù)1-30％。

進一步地，本發(fā)明的制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，在單晶襯底上制備a面氧化鋅緩沖層包括：采用磁控濺射方式將a面氧化鋅沉積到單晶襯底上，其中，磁控濺射時沉積溫度為25-800℃。

進一步地，本發(fā)明的制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，在單晶襯底上制備a面氧化鋅緩沖層的制備時間為1-100分鐘。

進一步地，本發(fā)明的制備鋯鈦酸鉛柔性單晶薄膜的方法，在a面氧化鋅緩沖層上外延生長鋯鈦酸鉛單晶薄膜層包括：采用磁控濺射方式將鋯鈦酸鉛沉積到a面氧化鋅緩沖層上，其中，磁控濺射時沉積溫度為400-800℃。