專利名稱：一種具有高調(diào)諧率的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于鐵電材料領域，具體涉及利用物理沉積的方法制備具有不同微觀結(jié)構(gòu)的具有高調(diào)諧率的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
鐵電薄膜材料以其較大介電常數(shù)以及高的介電常數(shù)隨電場可調(diào)的特性而被廣泛應用于動態(tài)隨機存儲器，濾波器，微波通訊和射頻調(diào)諧器件。在上述應用的候選材料中，最為突出的莫過于鈦酸鍶鋇(BST)，但由于BST薄膜材料需要較高的處理溫度，且介電損耗較大，這不利于同以硅(Si )為代表的半導體集成電路集成。而鈦酸鍶鉛((PbxSr1J TiO3 (PST))薄膜以其居里溫度隨著Pb/Sr比線性可調(diào)、電學性能受晶粒尺寸影響較小、處理溫度較低其損耗較小而引起研究者的注意。從過去的研究中不難發(fā)現(xiàn)鐵電薄膜材料如BST，鋯鈦酸鉛(PZT)和鈦酸鍶鉛(PST)都需要較高的處理溫度，這不利于同硅半導體的集成而且會顯著增 加薄膜本身的損耗以及同器件集成時的匹配噪聲。而目前關(guān)于如何降低PST薄膜的處理溫度特別是如何降低磁控濺射法制備的薄膜的后處理溫度方面研究不多。作為微波/射頻調(diào)諧器件，最主要的參數(shù)就是調(diào)諧率，被定義為100%*( e (0)-e (E))/ e (0)其中分別是e (0)和e (E)零場和電場下的介電常數(shù)。一般認為當電場大于400kV/cm時，介電常數(shù)皆為本征介電響應貢獻(C. Ang and Z. Yu, AppliedPhysics Letters, vol. 85, pp. 3821-3823，Oct 25 2004.),而本征介電常數(shù)只同薄膜晶格結(jié)構(gòu)有關(guān)系，而對于鈣鈦礦相致密的薄膜材料(BST、PZT和PST等)而言，e (E) (E>400kV/cm)變化不大(X. Lei, J. Am. Ceram. Soc.，2011. L. Yang, J. Am. Ceram.Soc., vol. 93, pp. 1215-1217,2010)。所以以往的研究者將注意力主要放在提高零場下的介電常數(shù)進而提高材料的可調(diào)性，但提高零場下的介電常數(shù)往往以升高損耗為代價的，而介電常數(shù)一味的升高還會帶來很多器件集成的問題。上述兩方面的工作對于應用于微波調(diào)諧的鐵電薄膜材料走向應用非常重要，而遺憾的是現(xiàn)在這兩方面的工作，特別是第二個方面的內(nèi)容鮮有人報道?，F(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)?01010613934. 4的對比文件I所采用的是溶膠凝膠方法(化學法)，而本申請使用的是磁控濺射法(物理法)，兩種方法存在很大的差異，而且對比文件I保護的是LSMO和鈦酸鍶鉛的復合結(jié)構(gòu)，而本專利保護的是一種制備具有高介電可調(diào)性的多孔薄膜的方法；第二方面的差別在于二者關(guān)注的薄膜性能不同，對比文件I所保護的是復合薄膜鐵電和磁電性能，而本專利所關(guān)注的是薄膜的介電性能，特別是介電調(diào)諧性能即介電常數(shù)隨著電場的變化；本申請給出的材料組分范圍是基于對鈦酸鍶鉛薄膜材料可以應用于調(diào)諧應用的組分而設計的。已經(jīng)證明，本申請?zhí)峁┑姆椒?非原位一室溫磁控濺射方法中改變不同氧氣氬氣比例)，在微結(jié)構(gòu)和介電性能上可以獲得相似的結(jié)果。申請?zhí)枮?00610018792. 0雖然公開了通過改變磁控濺射過程中的氧氣和氬氣的比例，但其薄膜材料不同，為鈦酸鍶鉛薄膜，且是為改變材料的取向，而其結(jié)構(gòu)沒有顯著的變化。

發(fā)明內(nèi)容
面對現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明人意識到通過在濺射過程中改變氧氣和氬氣的比例(OMR)可以制備具有不同微觀結(jié)構(gòu)(致密度和晶粒生長方式)的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)了致密度對于薄膜零場和高場下介電常數(shù)變化規(guī)律的影響，從而提供一種高調(diào)諧率的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜。在此，一方面，本發(fā)明提供一種具有高調(diào)諧率的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜的制備方法，所述方法是在具有底電極的襯底上利用非原位射頻磁控濺射的方法制備鈦酸鍶鉛鐵電薄膜，通過改變磁控濺射過程中通入的氧氣和氬氣的比例為0 50%以制備具有不同致密度和不同晶粒生長模式的鈦酸鍶鉛薄膜；其中在后退火處理過程中后退火溫度為400 750°C。具體地，所述晶粒的生長模式為柱狀生長模式或顆粒狀生長模式。在本發(fā)明中，使濺射氣體為純氬氣時，薄膜材料表現(xiàn)為致密的微觀結(jié)構(gòu)，且其晶粒 的生長模式為柱狀生長模式。此外，優(yōu)選地使氧氣和氬氣的比例為10 50%，所述薄膜材料呈現(xiàn)多孔的不致密結(jié)構(gòu)，且其晶粒的生長模式為顆粒狀生長模式。優(yōu)選地，所述濺射功率為30 150W、濺射氣壓為2Pa 20Pa。本發(fā)明的制備方法中后退火溫度較低，且具有較好的可調(diào)性能。較佳地所述退火溫度為 400 50CTC。在 400kV/cm下，當氧気比(Argon to Oxygen ratio, Argon to Oxygenratio,簡寫為OMR)從0增加到50%時，薄膜的可調(diào)性從65%提高到73%。低溫下這樣高的可調(diào)性以往從沒有人報道過。此外，本發(fā)明提供的導電薄膜耐高壓性更強，可以承受800kV/cm的高電場，且在高電場下具有較優(yōu)的介電可調(diào)性。對于退火溫度為400 500°C的薄膜，800kV/cm下，當OMR從0增加到50%時，可調(diào)性從73%提高到83%。所述襯底可以采用Si02、Si或者單晶襯底，所述底電極可以采用鈣鈦礦相氧化物導電薄膜或者金屬。作為底電極例如包括LaNiO3和Pt。較佳地只利用濺射過程中的輝光使所述襯底溫度達到規(guī)定的溫度。即所述襯底不加熱。通常襯底溫度小于100°c ;優(yōu)選為80 100°C。較佳地是在所述射頻磁控濺射過程中薄膜材料中心法線距離靶材中心法線0 5cm。較佳地是在后退火處理過程中，升溫速率為2V /分鐘，降溫速率為1°C /分鐘。本申請中的所述高調(diào)諧率，是指鐵電薄膜零場下的介電常數(shù)和施加電場(OkV/cm 800kV/cm)下的介電常數(shù)都隨著薄膜的微觀結(jié)構(gòu)顯著變化，從而使得薄膜的可調(diào)性在一個更寬的范圍內(nèi)變化。本發(fā)明的方法制備的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜，其結(jié)構(gòu)式為PlvxSrxTiO3，其中X為0. 3
0.6 ;且所述薄膜具有呈柱狀或顆粒狀的微觀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有如下有益效果
1)本發(fā)明制備的薄膜需要較低的后退火溫度便可以結(jié)晶，且具有優(yōu)異的性能；
2)本發(fā)明使得零場和施加電場的介電常數(shù)都可以通過薄膜的微結(jié)構(gòu)進行調(diào)制，從而使得微波調(diào)諧率在一個更寬的范圍內(nèi)得以提升。


圖I本發(fā)明一個實施例的鐵電薄膜的SEM形貌 圖2本發(fā)明一個實施例的鐵電薄膜的介電常數(shù)和損耗隨著電場變化趨勢 圖3本發(fā)明一個實施例的 鐵電薄膜的介電常數(shù)隨電場變化趨勢 圖4本發(fā)明一個實施例的鐵電薄膜的調(diào)諧率隨電場變化規(guī)律 圖5本發(fā)明一個實施例的鐵電薄膜的介電常數(shù)頻譜 圖6本發(fā)明一個實施例的鐵電薄膜的損耗頻譜圖。
具體實施例方式參照說明書附圖，并結(jié)合下述實施方式進一步說明本發(fā)明，應理解，下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。本發(fā)明提供一種具有不同微觀結(jié)構(gòu)的高調(diào)諧率的PlvxSrxTiO3鐵電薄膜材料，其中X 為 0. 2 0. 6。高調(diào)諧率是指，鐵電薄膜零場下的介電常數(shù)和施加電場(OkV/cm 800kV/cm)下的介電常數(shù)都隨著薄膜的微觀結(jié)構(gòu)顯著變化，從而使得薄膜的可調(diào)性在一個更寬的范圍內(nèi)變化。關(guān)于本發(fā)明的不同微觀結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜的制備方法，本發(fā)明采用射頻磁控濺射的方法制備鈦酸鍶鉛薄膜。本發(fā)明的鐵電復合薄膜的制備方法，通過改變薄膜沉積過程的氧IS比(Argon to Oxygen ratio, OMR)在金屬或?qū)щ奍丐鈦礦氧化物底電極上制備具有不同微觀結(jié)構(gòu)，但具有相同取向的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜，進而對薄膜在不同溫度下進行后退火。上述鐵電復合薄膜為“三明治”結(jié)構(gòu)，基底層為襯底、“中間層”為底電極，在底電極上形成本發(fā)明的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜。在本發(fā)明的一個示例中，底電極為通過磁控濺射的方法制備的鈣鈦礦氧化物或者金屬電極，比如LaNiO315而上電極的選擇受后退火溫度限制，如后處理溫度較低，如450°C，則可以選用金屬電極，如Pt ;而當后處理溫度較高，如550到750°C時，則也可以選用鈣鈦礦相導電氧化物等作為上電極。上述鈦酸鍶鉛的化學結(jié)構(gòu)式為PbxSr(1_x)Ti03，其中，0. 3彡x彡0. 6。上述基底層為Si襯底或單晶襯底，如Mg0、LaAlO3^Al2O3和SrTiO3等。作為一個具體的示例，本發(fā)明提供的一種具有高調(diào)諧率的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜的制備方法，其通過改變磁控濺射過程中通入的氧氣和氬氣的比例為0 50%以制備具有不同致密度和不同晶粒生長模式的鈦酸鍶鉛薄膜；其中在后退火處理過程中后退火溫度為400 750。。。一個實施例中選擇使用純氬氣，且所述晶粒的生長模式為柱狀生長模式。而一旦氧氣引入便導致薄膜結(jié)構(gòu)致密度降低，且晶粒生長模式由柱狀變?yōu)轭w粒狀。在另一個實施例中，使氧氣和氬氣的比例為10 50%，且所述晶粒的生長模式為顆粒狀生長模式。關(guān)于靶材的制備過程，例如可包括以下2個步驟
1)使用碳酸鍶、氧化鈦和三氧化二鉛粉體按照所需的化學計量比(與所需薄膜成分相bt, Pb過量25wt%，Sr過量6wt%)配料，并使用瑪瑙球粗磨24小時,烘干后于850°C進行合成；
2)對合成后的粉體進行細磨48小時，烘干后加粘結(jié)劑并排塑，最后于900°C進行燒結(jié)2h，最后進行表面打磨，獲得合適的尺寸(3英寸)。在另一個實施例中，本發(fā)明的薄膜制備過程包括
1)在導電金屬氧化物或者金屬電極上利用非原位射頻磁控濺射的方法制備鈦酸鍶鉛薄膜，濺射過程中通過改變氧氣和氬氣的比例(OMR)為0 50%，制備具有不同微觀結(jié)構(gòu)的鈦酸鍶鉛薄膜；
2)后退火為了獲得較好的結(jié)晶性，對已制備的薄膜材料在管式慢速退火爐中進行退火。一個示例中是在Si襯底或者單晶襯底上制備鈣鈦礦導電氧化物電極或者金屬電極，選用如(h00)取向的LaNiO3底電極。本發(fā)明提供了在不同位置進行薄膜的制備軸心和偏心濺射(靶材軸心法線和材 料的中心法線不重合)。在偏心位置所需要的后退火溫度較低，為400°C至750°C。更優(yōu)選為400°C至500°C，即在450°C便有較好的結(jié)晶性。將制備好的底電極放入磁控濺射儀器的不同位置。一個實施例中使得材料在遠離革巴材軸心處法線，二者距離約為0 (軸心派射On axis)-5cm (偏心派射Off axis)。材料的厚度由濺射時間決定。為了進一步優(yōu)化濺射參數(shù)，本發(fā)明還提供不同的濺射功率即30 150W和濺射氣壓 2Pa 20Pa。上述后退火溫度升降溫程序為2V /分鐘升溫，I0C /分鐘降溫。較佳地只利用濺射過程中的輝光使所述襯底溫度達到規(guī)定的溫度。即在濺射過程中不對襯底進行加熱。在本發(fā)明的一個實施例中，所述規(guī)定的溫度為80 100°C。一直以來，薄膜材料在微觀結(jié)構(gòu)上追求的目標是致密，無裂紋。所以以往對不致密的薄膜，特別是用物理方法制備的不致密的薄膜研究較少。而本發(fā)明通過在磁控濺射(物理法)過程中引入氧氣，首次制備了具有不同孔隙率鈦酸鍶鉛薄膜材料，且證明該不致密薄膜具有較致密薄膜更為獨特的性能。不同微觀結(jié)構(gòu)可以理解為具有不同的孔隙率和不同的晶粒生長模式。本發(fā)明在純氬氣條件下制備的薄膜材料具有致密的微觀結(jié)構(gòu)，且晶粒呈柱狀生長模式；而當氧氣引入時(0MR=10-50%)，薄膜呈不致密的結(jié)構(gòu)，而晶粒的生長模式變?yōu)轭w粒狀生長模式，且隨著氧氣引入量的增大，氣孔率有所增大。本發(fā)明的鈦酸鍶鉛薄膜材料具有兩方面的優(yōu)勢后退火溫度較低，在400°C至500°C就具有較好的可調(diào)性能。例如，后退火溫度為400°C至500°C，400kV/cm下，當OMR從0增加到50%時，可調(diào)性從65%提高到73%。低溫下這樣高的可調(diào)性以往從沒有人報道過。另一方面，本發(fā)明的薄膜材料耐高壓性更強，可以承受800kV/cm的高電場，且在高電場下具有較優(yōu)的介電可調(diào)性，后退火溫度為400°C至500°C的材料，800kV/cm下，當OMR從0增加到50%時，可調(diào)性從73%提高到83%。本發(fā)明通過改變材料的不同粘貼位置可以改變鈦酸鍶鉛鐵電薄膜的濺射速率和成分，以達到降低后退火溫度的目的。通過在濺射過程中改變氧氣和氬氣的比例(OMR)制備具有不同微觀結(jié)構(gòu)(致密度和晶粒生長方式)的薄膜。和技術(shù)支持與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果
1)本發(fā)明制備的薄膜需要較低的后退火溫度便可以結(jié)晶，且具有優(yōu)異的性能；
2)本發(fā)明的使得零場和施加電場的介電常數(shù)都可以通過微結(jié)構(gòu)進行調(diào)制，從而使得微波調(diào)諧率在一個更寬的范圍內(nèi)得以提升。本發(fā)明的鐵電復合薄膜具有退火溫度低，性能穩(wěn)定、微波調(diào)諧率高，零場和電場下介電常數(shù)均可調(diào)等等優(yōu)點，因在較低的后處理溫度便具有較優(yōu)的性能，所以有望實現(xiàn)與半導體集成電路技術(shù)兼容，用于制造集成的微波調(diào)諧器件。下面，進一步例舉本發(fā)明的方法的實施例，同樣應理解，下述實施例僅是示例性地說明本發(fā)明，并不是限定本發(fā)明。實施例I至3所用的靶材皆為Pba4Sra6TiO3陶瓷靶材，鉛過量為25wt%，鍶過量為6wt%0實施例I :純氬條件下制備的鈦酸鍶鉛(PST )薄膜 將具有(h00)取向的鎳酸鑭LNO (LaNiO3)底電極(在Si02/Si襯底上)引入磁控濺射儀器內(nèi)偏離祀材軸心(Off axis,祀材軸心法線距材料的中心法線5cm)的位置,抽真空至初始真空度小于10_6Torr。在室溫開始預濺射，濺射功率為60W，氬氣引入量為20SCCM，濺射氣壓為4Pa。預濺射時間為60分鐘后，開始濺射，濺射過程中襯底不加熱，但由于濺射粒子和輝光轟擊襯底導致溫度升高到90°C，根據(jù)所知的濺射速率(0. 6nm/分鐘)待達到所需薄膜厚度時(400nm)時，停止濺射，打開磁控濺射儀器，取出材料。利用管式退火爐對材料進行后退火，后退火的溫度為450°C保溫8小時，升降溫速率分別是2和rc每分鐘，退火氣氛為空氣，在對鐵電薄膜進行電性能測試之前，利用光刻的方法薄膜表面濺射一層厚度約為IOOnm直徑為150um的鉬電極。對本實施例制備的薄膜材料進行結(jié)構(gòu)和性能檢測發(fā)現(xiàn)，從圖1(a)可以看出本實施例得到的薄膜材料具有較致密的微觀結(jié)構(gòu)，在LNO底電極上薄膜材料呈柱狀生長，界面較為清晰。此外，薄膜材料在零場下和電場下均具有較高的介電常數(shù)，但介電常數(shù)頻率依賴性更大，高頻下?lián)p耗上升較快(圖2至圖6所示)。實施例2 0MR=10%條件下制備的鈦酸鍶鉛(PST)薄膜材料引入和常規(guī)設置同實施例1，氬氣和氧氣引入量分別為4和16SCCM，濺射氣壓為4Pa。預濺射時間為60分鐘后，開始濺射，濺射過程中襯底不加熱，但由于濺射粒子和輝光轟擊襯底導致溫度升高到86°C，根據(jù)所知的濺射速率(0. 55nm/分鐘)待達到所需薄膜厚度時(400nm)時，停止濺射，打開磁控濺射儀器，取出材料。后退火處理和上電極制備工藝同實施例I。對本實施例制備的薄膜材料進行結(jié)構(gòu)和性能檢測發(fā)現(xiàn)，從圖1(b)可以看出本實施例得到的薄膜材料具有不致密的微觀結(jié)構(gòu)，在LNO底電極上薄膜材料顆粒狀堆垛生長，界面較為清晰。零場下的介電常數(shù)顯著較實施例I顯著降低，電場下(特別是高場下)，介電常數(shù)下降幅度更大，所以具有較實施例I更大的可調(diào)性，且介電常數(shù)頻率依賴性較小，且高頻下?lián)p耗較小(圖2至圖6所示)。實施例3 0MR=40%條件下制備的鈦酸鍶鉛(PST)薄膜
材料引入和濺射基本設置如實施例I和2，氬氣和氧氣引入量分別為6和15SCCM，濺射氣壓為4Pa。預濺射時間為60分鐘后，開始濺射，濺射過程中襯底不加熱，但由于濺射粒子和輝光轟擊襯底導致溫度升高到84°C，根據(jù)所知的濺射速率(0. 5nm/分鐘)待達到所需薄膜厚度時(400nm)時，停止濺射，打開磁控濺射儀器，取出薄膜材料。后退火處理和上電極制備工藝同實施例I和2。本實施例得到的薄膜材料結(jié)構(gòu)和電學性能結(jié)果展示于圖I到圖5。下面將進行詳細的分析并同實施例I和2得到的薄膜材料檢測結(jié)果進行比較。(I)微觀結(jié)構(gòu)表征
圖I展示了實施例I至3得到的薄膜材料的SEM形貌圖，從圖上不難看出，實施例I得到的薄膜材料具有致密的微觀結(jié)構(gòu)，從斷面圖可以看到該薄膜材料是柱狀生長的，且界面比較清晰，而實施例2和3得到的薄膜材料顯示不致密的類多孔結(jié)構(gòu)，斷面分析表明，實施例2和3得到的薄膜材料是顆粒狀堆垛生長的，這是由于氧氣阻斷了薄膜的柱狀生長模式，隨著氧氬比(OMR)的增加，薄膜的不致密性增加。(2)介電性能
圖2為實施例I至3得到的薄膜材料介電常數(shù)和損耗隨著電場變化曲線，如圖所示，氧氣的引入顯著降低了零場下和電場下薄膜材料的介電常數(shù)，且高場下的降低幅度更加的明顯，所以實施例2和3薄膜的調(diào)諧性能更優(yōu)，此外，隨著氧氬比從10%增加到40%，零場下 介電常數(shù)有所增大，高場下介電常數(shù)幾乎不變，這說明本發(fā)明可以在兩方面優(yōu)化鈦酸鍶鉛的調(diào)諧率。圖3為介電常數(shù)隨著電場變化規(guī)律，同圖2的觀測結(jié)果一致，氧氣的引入顯著降低了零場下薄膜的介電常數(shù)，而在電場下，對介電常數(shù)的降低幅度更大，所以幾乎在任何電場下，實施例2和3所得到的薄膜皆具有較大的微波調(diào)諧率，如圖3所示，而當氧氬比從10%升高到40%時，零場下的介電常數(shù)略有升高，這是由于氧氣引入量增多，薄膜的氧空位減少，而孔隙率的增加有利于殘余應力的釋放，所以通過改變氧氬比，零場下的介電常數(shù)可以隨著氧氬比的增高而增加(0MR介于10%到50%)，這說明通過改變氧氬比，微波調(diào)諧率可以在兩方面，更大的空間內(nèi)優(yōu)化。圖4展示了實施例I至3的鐵電薄膜的介電常數(shù)頻譜，從圖上不難看出，實施例2和3得到的薄膜材料介電常數(shù)頻率依賴性更小，這有利于該材料的高頻應用。圖5展示了實施例I至3得到的薄膜材料的損耗頻譜，從圖上不難發(fā)現(xiàn)，當頻率增高時，實施例I得到的薄膜材料損耗增加顯著，而實施例2和3得到的薄膜材料的損耗頻率依賴性較小，這也有利于鈦酸鍶鉛薄膜的高頻應用。另外，實驗表明上述實施例中的硅基片可由MgO、HG、LaA103、SrTiO3和氧化鋁等單晶片等同替換，其他內(nèi)容均與實施例1、2和3中所述相同，在此不再贅述，此外，鐵電薄膜的后退火溫度可以為750°C到400°C，為了減小高溫退火時鉛的揮發(fā)，也為了使得薄膜在低溫下具有更好的結(jié)晶性，在高溫退火時，保溫時間可以適當減少，如650°C只需要保溫lh，而低后退火溫度則需要保溫更長的時間，比如，500°C保溫4h，450°C保溫8h，400°C保溫12h，其他如實施例I和2所述相同。工業(yè)應用性
本發(fā)明的鈦酸鍶鉛鐵電復合薄膜具有退火溫度低，性能穩(wěn)定、微波調(diào)諧率高，零場和電場下介電常數(shù)均可調(diào)等等優(yōu)點，因在較低的后處理溫度便具有較優(yōu)的性能，所以有望實現(xiàn)與半導體集成電路技術(shù)兼容，用于制造集成的微波調(diào)諧器件。最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制本發(fā)明，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1.一種具有高調(diào)諧率的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜的制備方法，所述方法是在具有底電極的襯底上利用非原位射頻磁控濺射的方法制備鈦酸鍶鉛鐵電薄膜，其特征在于，所述方法通過改變磁控濺射過程中通入的氧氣和氬氣的比例為O 50%以制備具有不同致密度和不同晶粒生長模式的鈦酸鍶鉛薄膜材料；其中在后退火處理過程中后退火溫度為400 750°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述晶粒的生長模式為柱狀生長模式或顆粒狀生長模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，濺射氣體為純氬氣，薄膜材料表現(xiàn)為致密的微觀結(jié)構(gòu)，且其晶粒的生長模式為柱狀生長模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，使氧氣和氬氣的比例為10 50%，薄膜材料呈現(xiàn)多孔的不致密結(jié)構(gòu)，且其晶粒的生長模式為顆粒狀生長模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述濺射功率為30 150W、濺射氣壓為2Pa 20Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述退火溫度為400 500。。。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的制備方法，其特征在于，在后退火處理過程中，升溫速率為2V /分鐘，降溫速率為1°C /分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，在所述工序A中，所述襯底采用Si02、Si或者單晶襯底，所述底電極采用鈣鈦礦相氧化物導電薄膜或者金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或8所述的制備方法，其特征在于只利用濺射過程中的輝光使所述襯底溫度達到規(guī)定的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，在所述射頻磁控濺射過程中薄膜材料的中心法線距離靶材中心法線0 5cm。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的方法制備的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜，其特征在于，其結(jié)構(gòu)式為PbhSrxTiO3，其中X為0. 3 0. 6 ;且所述薄膜具有呈柱狀或顆粒狀的微觀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有高調(diào)諧率的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜及其制備方法，所述方法是在具有襯底的底電極上利用非原位射頻磁控濺射的方法制備鈦酸鍶鉛鐵電薄膜，通過改變磁控濺射過程中通入的氧氣和氬氣的比例為0～50%以制備具有不同致密度和不同晶粒生長模式的鈦酸鍶鉛薄膜；其中在后退火處理過程中后退火溫度為400～750℃。本發(fā)明的薄膜需要較低的后退火溫度便可以結(jié)晶，且具有優(yōu)異的性能。本發(fā)明使得零場和施加電場的介電常數(shù)都可以通過薄膜的微結(jié)構(gòu)進行調(diào)制，從而使得微波調(diào)諧率在一個更寬的范圍內(nèi)得以提升。
文檔編號C23C14/08GK102719793SQ20121023782
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者李魁, 王根水, 董顯林, 雷秀云 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所