專利名稱：錫鈦酸鋇鐵電薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于錫鈦酸鋇鐵電薄膜的制備方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦酸鍶鋇系(Ba，Sr)TiO3(BST)鐵電薄膜由于其在超大集成規(guī)模集成電路的應(yīng)用成為國(guó)際鐵電薄膜研究的一個(gè)熱點(diǎn)，但是BST薄膜存在低電場(chǎng)下漏電流較大的缺陷。作為BST的替代材料有(Ba1-xSrx)(Ti1-yZry)O3(BSTZ)、Ba(Zr，Ti)O3(BZT)及Ba(Ti，Sn)O3(BTS)等。錫鈦酸鋇Ba(Ti，Sn)O3(BTS)鐵電薄膜是對(duì)BaTiO3(ABO3)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)進(jìn)行B位替代而來(lái)，BTS薄膜具有較低的漏導(dǎo)電流，而且在高頻下同樣具有良好的介電性能，因此可以應(yīng)用于下一代DRAM上的存儲(chǔ)電容器、MLCC的鐵電材料和介電非線性材料。
鐵電薄膜的制備方法有很多，溶膠-凝膠方法以其化學(xué)計(jì)量比控制準(zhǔn)確、成膜面積大且均勻、工藝過程溫度低、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)而為人們所采用。利用溶膠凝膠方法熱處理溫度低的特點(diǎn)，每一次旋轉(zhuǎn)涂覆后在較低的溫度下處理，使其有機(jī)物完全分解，最后再在較高的溫度下處理，形成鐵電薄膜。對(duì)于用溶膠凝膠法制備錫鈦酸鋇鐵電薄膜，成分錫所用的原材料通常為醋酸錫，但這種材料價(jià)格很高，不利于大量生產(chǎn)，所以急需找到一種價(jià)格較低，而且用其制備出的錫鈦酸鋇鐵電薄膜具有較好的性能的原材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種成本較低的錫鈦酸鋇鐵電薄膜的制備方法。
本發(fā)明所述的錫鈦酸鋇鐵電薄膜是指Ba(Ti1-xSnx)O3鐵電薄膜，其中X為0-0.40，也可以具有成分梯度，所采用的襯底是LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si或Pt/Ti/SiO2/Si。
本發(fā)明所述的Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜的制備方法，其中成分錫所用的原料是二丁基氧化錫((C4H9)2SnO)。
本發(fā)明所述的Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜的制備方法，其具體步驟如下采用溶膠凝膠法，前驅(qū)體溶液的組份為醋酸鋇、鈦酸四正丁酯、二丁基氧化錫及溶劑冰醋酸、乙二醇乙醚和乙酰丙酮，溶液中Sn/Ti的摩爾比為x∶1-x，其中x為0-0.40，其前驅(qū)體溶液的最終濃度控制在0.2～0.4M，采用的襯底是LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si或Pt/Ti/SiO2/Si。
本發(fā)明所述的錫鈦酸鋇Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜的制備方法，還可采用相同的前驅(qū)體溶液濃度，不同的Sn/Ti比例。例如，采用醋酸鋇、鈦酸四正丁酯和二丁基氧化錫及相應(yīng)的溶劑，可制得Sn/Ti為0/1、0.05/0.95、0.10/0.90，0.15/0.85，摩爾濃度為0.3M的鈦錫酸鋇的前驅(qū)體溶液。采用與半導(dǎo)體工藝相兼容的旋轉(zhuǎn)涂覆的方法、并經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囎罱K獲得鈦錫酸鋇鐵電薄膜。
本發(fā)明所述的錫鈦酸鋇Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜，所使用的襯底為L(zhǎng)aNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si(100)或Pt/Ti/SiO2/Si，LaNiO3、Pt、Ti、SiO2和Si片的厚度分別是150nm、150nm、50nm、150nm和3500nm。
本發(fā)明所述的錫鈦酸鋇Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜的制備方法，旋轉(zhuǎn)涂覆時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度為3000轉(zhuǎn)/分、時(shí)間20秒。凝膠膜直接放入500℃的管式爐內(nèi)、放置5分鐘，取出后冷卻至室溫，涂覆下一層凝膠膜，循環(huán)往復(fù)直到獲得所需厚度的薄膜，最后將此薄膜在650℃-700℃下熱處理0.5～1小時(shí)。然后在其上表面采用直流濺射的方法濺射金作為上電極，其直徑為0.5mm、厚度約為100nm。
本發(fā)明所述的錫鈦酸鋇Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜，所用的前驅(qū)體溶液的濃度、涂覆的層數(shù)與最后獲得薄膜總的厚度有關(guān)，即摩爾濃度越大，其厚度也就越大；層數(shù)越多，其厚度也越大。
本發(fā)明的有益效果與醋酸錫相比，本發(fā)明所使用的原材料二丁基氧化錫價(jià)格便宜、易購(gòu)買，用其制備出的錫鈦酸鋇鐵電薄膜同樣具有較好的性能。本發(fā)明所使用的方法在和Si工藝的集成過程中沒有鉛的污染。與鈦酸鍶鋇(BST)相比，在結(jié)構(gòu)上，錫鈦酸鋇Ba(Ti，Sn)O3(BTS)材料屬于ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的B位替代，其晶粒尺寸可以在比較大的范圍內(nèi)調(diào)整；性能上，相對(duì)于薄膜材料降低了漏導(dǎo)，提高了耐壓特性。


圖1是實(shí)施例所制備的BTS鐵電薄膜的介電常數(shù)與電場(chǎng)的關(guān)系圖。
圖2是實(shí)施例所制備的BTS鐵電薄膜的介電損耗與電場(chǎng)的關(guān)系圖。
圖3是實(shí)施例所制備的BTS鐵電薄膜的漏導(dǎo)電流與電場(chǎng)的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1制備錫鈦酸鋇Ba(Ti1-xSnx)O3，x＝0.05、0.1、0.15、0.2和0.25的鐵電薄膜。
所采用的化學(xué)原料為醋酸鋇[Ba(CH3COO)2]，二丁基氧化錫[(C4H9)2SnO，純度98％]和鈦酸四正丁酯[Ti(OC4H9)4]，溶劑為冰醋酸和乙二醇乙醚。先將醋酸鋇和二丁基氧化錫(按照一定的化學(xué)計(jì)量比x＝0.05、0.10、0.15、0.2和0.25)在冰醋酸溶液中加熱至沸騰，10分鐘后停止加熱，并冷卻至室溫，Ba+Sn與冰醋酸的摩爾比為1∶10。再將鈦酸四正丁酯、乙二醇乙醚以及乙酰丙酮(AcAc)的混合溶液加入到含鋇和錫的冰醋酸溶液中，其中Ti與AcAc的摩爾比為1∶2，鈦酸四正丁酯與乙二醇乙醚的摩爾比為1∶10。最后加入冰醋酸將最終溶液的濃度調(diào)整到0.3M。將配制好的溶液放置24小時(shí)后用來(lái)制備薄膜。
所使用的襯底為Pt/Ti/SiO2/Si(100)，Pt、Ti、SiO2和Si片的厚度分別是150nm、150nm、50nm、150nm和3500nm。將前驅(qū)體溶液在襯底Pt/Ti/SiO2/Si上旋轉(zhuǎn)涂覆，旋轉(zhuǎn)速度為3000轉(zhuǎn)/分、時(shí)間20秒，涂覆1層，然后在500℃熱處理5分鐘，如此循環(huán)10次，最后將此薄膜在700℃下熱處理0.5小時(shí)。然后在其上表面采用直流濺射的方法濺射上金電極作為上電極，其直徑為0.5mm、厚度約為100nm。
上述制備的錫鈦酸鋇Ba(Ti1-xSnx)O3，x＝0、0.05、0.10、0.15、0.20和0.25的鐵電薄膜的介電常數(shù)和介電損耗與外加電場(chǎng)的關(guān)系見圖1和圖2，漏導(dǎo)電流與外加電場(chǎng)的關(guān)系見圖3。
權(quán)利要求
1.Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，成分錫所用的原料是二丁基氧化錫。
2.如權(quán)利要求1所述的Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，采用溶膠凝膠法，前驅(qū)體溶液的組份為醋酸鋇、鈦酸四正丁酯、二丁基氧化錫及溶劑冰醋酸、乙二醇乙醚和乙酰丙酮，溶液中Sn/Ti的摩爾比為x∶1-x，其中x為0-0.40，前驅(qū)體溶液的最終濃度控制在0.2～0.4M，采用的襯底是LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si或Pt/Ti/SiO2/Si。
3.如權(quán)利要求1所述的Ba(Ti，Sn)O3鐵電薄膜的制備方法，其特征在于，采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方式，旋轉(zhuǎn)速度為3000轉(zhuǎn)/分、時(shí)間20秒；熱處理方式為將凝膠膜直接放入500℃的管式爐內(nèi)、放置5分鐘，取出后冷卻至室溫，涂覆下一層凝膠膜，循環(huán)往復(fù)直到獲得所需厚度的薄膜，最后將此薄膜在650℃-700℃下熱處理0.5～1小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明屬于制備非鉛系錫鈦酸鋇BTS鐵電薄膜的方法領(lǐng)域。本發(fā)明所述的Ba(Ti，Sn)O
文檔編號(hào)B05D1/00GK1947863SQ200510030500
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月13日
發(fā)明者翟繼衛(wèi), 宋三年 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)