[發明專利]一種氟化鋰改性的鈦酸鋇基介質薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202210326578.0
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114560693B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 李欣芮;何秋蔚;羅宇舟;劉來君;彭彪林;陳雪
• 申請（專利權）人: 南京卡巴卡電子科技有限公司
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622;H01G4/12
• 代理公司: 南寧新途專利代理事務所(普通合伙) 45119
• 代理人: 但玉梅

本發明提供一種氟化鋰改性的鈦酸鋇基介質薄膜及其制備方法，屬于電子材料與元器件領域。該介質薄膜化學組成的化學通式為(1?y)Basubgt;1?x/subgt;Resubgt;x/subgt;TiOsubgt;3/subgt;?yLiF，其中0.005≤x≤0.02，0.0025≤y≤0.03，y為質量分數，Re為La、Ce、Pr中的一種或兩種元素。采用溶膠凝膠法制備，分別配制Basubgt;1?x/subgt;Resubgt;x/subgt;TiOsubgt;3/subgt;和LiF前驅體溶液；通過分別旋涂、干燥、熱解、退火、擴散，最終形成(1?y)Ba1?xRexTiO3?yLiF固溶體。本發明通過摻雜，并在制備時調節退火溫度、退火時間控制氟的揮發，從而獲得溫度穩定性好、耐擊穿強度高的介電薄膜。

技術領域

本發明涉及電子材料與元器件領域，具體涉及一種稀土和氟化鋰改性的鈦酸鋇基介質薄膜及其制備方法。

背景技術

為了滿足電子器件微型化和苛刻使用條件的需求，電子元器件、尤其是電容器的微型化、高可靠性、高的介電常數和寬的溫度穩定性成為開發的重點。在多層陶瓷電容器領域，開始考慮巨介電材料，他們通常是指摻雜的BaTiO₃、TiO₂、CaCu₃Ti₄O₁₂、NiO₂、SrTiO₃等。但是這些體系在制作成超薄介質薄膜的時候面臨巨大的技術難題。鈦酸鍶和鈦酸鋇晶化溫度較高，需要加入助溶劑和合適的工藝才有可能制備成超薄介質薄膜，與半導體工藝兼容。鈣銅鈦氧和氧化鎳主要是晶界層效應，晶粒通常比較大，做成超薄介質薄膜以后，介電常數急劇降低；二氧化鈦主要是采用缺陷調控和界面效應產生巨介電常數，因此對退火工藝非常敏感，難以得到大批量的穩定工藝。

考慮到工藝的穩定性和產品的可靠性，將鈦酸鋇材料進行改性并采用溶膠凝膠工藝是一個可靠的途徑。本發明的第一發明人劉來君早在2004年就開始用溶膠凝膠工藝制備鈦酸鋇納米粉體和電子陶瓷[劉來君，馬占紅，孫樂民，樊慧慶，納米BaTiO₃粉末的制備及燒結工藝的優化，材料導報，18:49-51(2004)]，但是仍然無法將其制備成介質薄膜。Randall等人將氟化鋰引入BaTiO3陶瓷[C.A.Randall,S.F.Wang,D.Laubscher,J.P.Dougherty,andW.Huebner,Structure?property?relationships?in?core-shell?BaTiO3-LiF?ceramics,J.Mater.Res.,8(4):871-879(1993)]，不僅降低了其燒結溫度，而且還能形成核殼結構，從而大大提高了其溫度穩定性，可用于X7R的陶瓷電容器。但是由于當燒結溫度為850℃時，出現第二相LiTiO₂，以及在核殼結構中，核心和殼層之間的應變不匹配會給核心區域帶來壓縮應力，進而影響介電性能，因此仍然無法應用于超薄介質薄膜。為了進一步提高BaTiO₃的介電常數，本發明的第一發明人劉來君采用稀土改性的方法[Yingzhi?Meng,Kang?Liu,Xiuyun?Zhang,Xuerui?Qiang,Xiuyun?Lei,Jun由于Chen,Chunchun?Li,Zhao?Yang,LaijunLiu,Compositional?modulation?and?annealing?treatment?in?BaTiO₃?tosimultaneously?achieve?colossal?permittivity,low?dielectric?loss,and?highthermal?stability,Ceramics?International,47(23):33912-33916(2021)]，獲得了溫度穩定性極好(25-400℃)的改性鈦酸鋇陶瓷電容器材料，但是把它的厚度減小到數百納米的時候，其擊穿場強無法達到要求。因此，將鈦酸鋇陶瓷電容器材料制備成超薄介質薄膜，保持高的介電常數和溫度穩定性，同時提高其擊穿場強，是目前需要解決的問題。

發明內容