[發明專利]基于范德華力作用的氧化鉿基鐵電薄膜結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202210917511.4
• 申請日: 2022-08-01
• 公開（公告）號: CN115172588A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 姜杰;馮凱明;張彪
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01L49/02
• 分類號: H01L49/02;H01L27/11502;H01L21/02
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明公開了一種基于范德華力作用的氧化鉿基鐵電薄膜結構及制備方法，其制備方法包括：提供緩沖層；在緩沖層表面形成氧化鉿基鐵電薄膜，得到穩定的氧化鉿基鐵電薄膜結構；其中，緩沖層的材質為二維材料，緩沖層與氧化鉿基鐵電薄膜之間通過范德華力作用連接。本發明的氧化鉿基鐵電薄膜結構的制備方法采用超薄的二維材料作為緩沖層，相比于傳統硅基板與鐵電薄膜化學鍵合，本發明是以范德華力作用連接，采用二維的緩沖層與氧化鉿基鐵電薄膜范德華力作用結合，以形成范德華異質界面，使得氧化鉿基鐵電薄膜與二維材料緩沖層之間裸露出來，增大薄膜的表面能，促進向鐵電相的轉變，并且以無應力狀態保證氧化鉿基鐵電薄膜的自由生長和結晶。

技術領域

本發明屬于鐵電薄膜技術領域，尤其涉及一種基于范德華力作用的氧化鉿基鐵電薄膜結構及其制備方法。

背景技術

氧化鉿基鐵電存儲器由于其抗輻射的特點，并且具有高速讀寫、低功耗、高保持性等優點，被稱為最具潛力的下一代新型存儲器之一。對于氧化鉿基鐵電存儲器來說，氧化鉿基鐵電薄膜中穩定的鐵電相及可控的電疇翻轉直接關系到高性能、高密度鐵電存儲器的存儲能力。現有的氧化鉿基鐵電薄膜結構是在硅襯底上直接形成氧化鉿基鐵電薄膜，然而氧化鉿基鐵電薄膜與傳統硅襯底之間通過化學鍵連接，其鐵電相表面能較低，不利于本身處于亞穩狀態的鐵電相向非鐵電相發生轉變，并且由于晶格失配產生嚴重的位錯和大量的缺陷，影響氧化鉿基薄膜的鐵電性能和耐久性。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是提供一種基于范德華力作用的氧化鉿基鐵電薄膜結構及其制備方法以解決現有技術中氧化鉿基鐵電薄膜結構的襯底與鐵電薄膜之間的界面存在缺陷以及氧化鉿基鐵電薄膜中鐵電相含量低的技術問題。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明的第一方面提供了一種基于范德華力作用的氧化鉿基鐵電薄膜結構的制備方法，包括：提供緩沖層；在所述緩沖層表面形成氧化鉿基鐵電薄膜，得到穩定的氧化鉿基鐵電薄膜結構；其中，所述緩沖層的材質為二維材料，所述緩沖層與所述氧化鉿基鐵電薄膜之間通過范德華力作用連接，以形成范德華異質界面，增大氧化鉿基鐵電薄膜的表面能。

進一步地，所述緩沖層為納米尺度的多層結構。

進一步地，還包括：提供襯底；在所述襯底表面形成所述緩沖層。

進一步地，所述緩沖層為超薄單晶云母層或超薄二硫化鉬層。

進一步地，所述提供緩沖層包括：通過化學氣相沉積法得到超薄二硫化鉬層，所述超薄二硫化鉬層的厚度為：1-100nm。

進一步地，所述提供緩沖層還包括：采用雙溫區管式爐進行化學氣相沉積，得到超薄二硫化鉬層；所述雙溫區管式爐的低溫區為硫粉，所述雙溫區管式爐的高溫區為三氧化鉬，采用氫氣和氬氣的混合氣體在雙溫區管式爐中進行制備。

進一步地，所述提供緩沖層包括：對單晶云母片進行機械剝離，得到所述超薄單晶云母層；所述超薄單晶云母層的厚度為1-100nm。

進一步地，所述氧化鉿基鐵電薄膜為摻雜鋯的氧化鉿基鐵電薄膜，鉿與鋯的物質的量之比為1:1；所述摻雜鋯的氧化鉿基鐵電薄膜通過原子層沉積技術方法制備，厚度為5-15nm。

進一步地，所述氧化鉿基鐵電薄膜為摻雜鈰的氧化鉿基鐵電薄膜，鉿與鈰的物質的量之比為1:0.15；所述摻雜鈰的氧化鉿基鐵電薄膜通過溶膠凝膠法制備，厚度為60-120nm。

進一步地，所述氧化鉿基鐵電薄膜為摻雜釔的氧化鉿基鐵電薄膜，鉿與釔的物質的量之比為1:0.05；所述摻雜釔的氧化鉿基鐵電薄膜通過溶膠凝膠法制備，厚度為15-30nm。

根據本發明的另一個方面，提供一種氧化鉿基鐵電薄膜結構，通過采用上述技術方案任一項所述的制備方法所制得。