專利名稱：鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，特別是一種介電可調(diào)鈦 酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
介電可調(diào)薄膜材料尤其是鈦酸鍶鋇(Ba-xSrxTi03, BST-x )和鈮酸鋅鉍
((BiL5Zn。.5) (Zn。.5NbL5)07,BZN)有許多電學方面的優(yōu)點(見N. Setter e"/.，
Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and
applications, J. AppL Phys. 100， 051606 (2006); W. RenefaA， Bismuth
zinc niobate pyrochlore dielectric thin films for capacitive
applications, J. Appl. Phys. 89， 767 (2000)),它們最顯著的特點是高
調(diào)制速度，低損耗，低能耗，體積小，重量輕，易集成，因此有望成為下一
代高速寬帶無線通訊領(lǐng)域里的關(guān)^t材料。目前圍繞這兩類材料的努力集中在 降低薄膜的介電損耗和提高可調(diào)率方面。然而對于單一的薄膜材料，鈦酸鍶
鋇和鈮酸鋅鉍都難以同時滿足這兩個方面的要求。為突破以往單一的鈦酸鍶 鋇和鈮酸鋅鉍薄膜在介電損耗及可調(diào)性方面存在的局限性，材料科學家開展 了鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍復合薄膜的研究工作(見L. Yan W a/.， Bao.sSro.sTiOs-Bii.sZnLoNKsOcomposite thin films with promising microwave dielectric properties for microwave device applications, AppL Phys. Lett. 85， 3522 (2004); W. Y. Fu " ", Dielectric properties of BiLsZriuNbi.A/Mn-doped Ba0.6Sr0.4Ti03 heterolayered films grown by pulsed laser deposition, Appl. Phys. Lett. 89， 132908 (2006))。但是多數(shù)研究者并沒有實現(xiàn)對這種復合體系的潛力的充分發(fā)掘。 在硅鉑襯底上制作的鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍多層復合薄膜，和鈮酸鋅鉍/鈦酸鍶 鋇/鈮酸鋅鉍夾心結(jié)構(gòu)(見任巍等，微波介電可調(diào)鈦酸鍶鋇/鉍鋅鈮復合薄膜 及其制備方法，中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局，公開號CN 1876599A (2006); S. X. Wang ef a丄， Tunable, low loss
BiL5Zn1.0Nb1.5O7/Ba0.6Sr0.4TiO3/BiL5Zrii.0NK5O7 sandwich films, Appl. Phys. Lett. 89， 212907 (2006)),其介電可調(diào)性和介電損耗實際上仍然停留在單 一鈮酸鋅鉍或鈦酸鍶鋇薄膜材料的水平，并沒有實質(zhì)的提升。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務是提供一種具有高品質(zhì)因子、低漏電流特性的介
電可調(diào)鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
本發(fā)明的另 一任務是提供一種上述異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。
本發(fā)明提供了 一種鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，包括至少 一層
鈦酸鍶鋇層和至少一層鈮酸鋅鉍層，其中，所述鈦酸鍶鋇層為錳摻雜的鈥
酸鍶鋇層。
上述異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的錳摻雜濃度優(yōu)選 0. l-6at%。
上述異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度優(yōu)選40-4000nrn。
上述異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，所述鈮酸鋅鉍層的厚度優(yōu)選10 - 1000nm。 進一步地，所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層與鈮酸鋅鉍層的厚度比優(yōu)選2-20。 制備上述鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法首先，在基底上 按照由下至上的次序逐層生長錳摻雜鈦酸鍶鋇層和鈮酸鋅鉍層；然后進行 退火處理，以減少氧缺陷和釋放應力，就得到摻錳的鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍 異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
上述制備方法中，所述退火溫度為400 - 550°C,所述退火壓強為0.5 -2個大氣壓，所述退火的氣氛為純氧或干燥空氣，所述退火時間為10-30 min。
上述制備方法中，所述制備鈦酸鍶鋇層和鈮酸鋅鉍層的方法包括脈沖 激光沉積、射頻磁控'減射、金屬有機化學氣相沉積和溶膠-凝膠法。
上述制備方法中，所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的生長溫度優(yōu)選600 - 900 °C,所述鈮酸鋅鉍、層的生長溫度優(yōu)選550 - 75(TC。
上述制備方法中，所迷基底優(yōu)選硅鉑、鍍鉑或鍍金的藍寶石和石英。
本發(fā)明異質(zhì)結(jié)構(gòu)有機地結(jié)合了鈦酸鍶鋇材料的高介電可調(diào)性與鈮酸 鋅鉍材料的低介電損耗特性，通過使用錳摻雜鈦酸鍶鋇層，以及有目的地 調(diào)控錳摻雜鈦酸鍶鋇和鈮酸鋅鉍層各自的厚度和生長條件，得到了 一種同時
具有高介電可調(diào)率和低介電損耗特性的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu) 材料。
本發(fā)明采用與半導體工藝兼容的硅鉑襯底(或者鍍Pt或Au的藍寶石
和石英襯底等)；采用錳元素對鈦酸鍶鋇進行摻雜，以提高鈦酸鍶鋇層的 介電性能；采用不同的沉積溫度分別沉積錳摻雜鈦酸鍶鋇層和鈮酸鋅鉍 層，在取得良好結(jié)晶的同時，保證異質(zhì)結(jié)構(gòu)中各層的單相結(jié)構(gòu)；錳摻雜鈦 酸鍶鋇層和鈮酸鋅鉍層的厚度不同， 一般而言，在取得低介電損耗的同時， 為了最大限度地保證異質(zhì)結(jié)構(gòu)的可調(diào)性，需要盡可能地減小鈮酸鋅鉍層的 厚度；異質(zhì)結(jié)構(gòu)沉積完成后，在純氧或干燥空氣氣氛下進行原位退火，以 減少氧缺陷和釋》丈應力。


以下，結(jié)合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，其中
圖1為本發(fā)明實施例1的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料在
100 kHz測試頻率下的電容-電壓(C-V)特性曲線；
圖2為本發(fā)明實施例1的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的
漏電流(I-V)特性曲線。
具體實施例方式
實施例1
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，只有一個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中，所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層厚度 為160nm,錳摻雜濃度為2at%;鈮酸鋅鉍層厚度40nm,兩層的厚度比錳摻 雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=4: 1。其制備方法如下:
首先，采用脈沖激光沉積技術(shù)，在硅鉑襯底上于900。C首先沉積一層 厚160nm的錳摻雜鈦酸鍶鋇層；然后，將襯底溫度降至650°C,通過原位 轉(zhuǎn)靶技術(shù)再沉積一層厚40 nm的鈮酸鋅鉍層，從而得到具有一個錳摻雜鈦 酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍周期的異質(zhì)結(jié)構(gòu)；隨后將該雙層薄膜在550 。C、 1個大 氣壓左右的純氧氣氛條件下進行原位退火30min,最后，為了測量本實施
例的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的性能，還用掩模技術(shù)在制備好的異質(zhì)結(jié)構(gòu)上沉積圓形 的Pt上電極以構(gòu)成平行板電容器，并在空氣中于400 。C條件下進行快速 退火5 min。這樣得到的雙層薄膜的表面平整，X光衍射結(jié)果表明其中的錳摻雜鈦酸鍶鋇為鉤鈥礦結(jié)構(gòu)而鈮酸鋅鉍、薄膜處于立方焦綠石相。
下面結(jié)合附圖對實施例1作進一步的詳細說明
在100 kHz下對該錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了電容-電 壓(C-V)測試(測試設備型號為Agilent 4294A),測試結(jié)果如圖1所示， 反復多次的測試在低的偏場下(330 kV/cm)給出了 18 %的可調(diào)率，是相 同偏場下鈮酸鋅鉍薄膜可調(diào)率(約2%)的近10倍；并且該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的介 電損耗在整個偏場范圍內(nèi)控制在了 0.0005左右，是一般鈦酸鍶鋇薄膜介 電損耗(約0.05)的百分之一；從而給予了器件高達360的品質(zhì)因子(= 可調(diào)率/介電損耗)，在同樣偏場條件下，與文獻報道的一般鈦酸鍶鋇薄膜 材料的品質(zhì)因子IO,以及鈮酸鋅鉍薄膜材料取得的品質(zhì)因子40相比，有 了數(shù)量級的提升。漏電流測試(測試設備型號為Agilent 4156CwithLake Shore TTP4 )表明，在+170 kV/cm偏場下器件的漏電流小于10 nA/cm2, 在+330 kV/cm偏場下器件的漏電流在0. 15 uA/cn^以內(nèi)，如圖2所示。這 些，使得該異質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅有望在射頻及微波通信領(lǐng)域取得應用，還可用作 場效應晶體管以及隨機存儲器的潛在介質(zhì)材料。
與采用溶膠-凝膠工藝制備鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)相比，利用脈 沖激光沉積(PLD)技術(shù)能夠容易地調(diào)控各層薄膜的厚度，從而達到優(yōu)化 介電性能的目的。并且工藝簡潔，與半導體IC工藝兼容。還需要指出的 是，C-V曲線表現(xiàn)出了一定的非對稱性，它來自于有整數(shù)周期的錳摻雜鈦 酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)本身所具有的非對稱性。
在實驗中，發(fā)現(xiàn)在本實施例所述的生長條件下，鈦酸鍶鋇層在較低的 電場300 kV/cm下就容易發(fā)生擊穿，而鈮酸鋅鉍層的這一發(fā)生擊穿的電場 值一般在1 MV/cm左右?？紤]到鈦酸鍶鋇層與鈮酸鋅鉍層的介電常數(shù)之比 約為3: 1,因此在該錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，分配在鈦酸 鍶鋇層和鈮酸鋅鉍層中的電場強度之比為1: 3(與膜層的厚度無關(guān))。這 一數(shù)值接近于它們各自的擊穿電場強度之比約1: 3.3,恰好使得這兩種材 料的性都能夠得到充分的發(fā)揮而不容易發(fā)生擊穿。
實施例2
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，包括兩層厚 度為300nm的錳摻雜鈦酸鍶鋇層，錳摻雜濃度為0. lat°/。，所述兩層錳摻雜 鈦酸鍶鋇層之間有厚度lOOnm的鈮酸鋅鉍層，厚度比錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮
酸鋅鉍=3: 1,其制備方法如下
首先，采用脈沖激光沉積技術(shù)，在硅鉑襯底上于70(TC首先沉積一層 厚300 nm的錳摻雜鈦酸鍶鋇層；將襯底溫度降至6GG。C ，通過原位轉(zhuǎn)靶技 術(shù)沉積一層厚100 nm的鈮酸鋅鉍層；然后升高襯底溫度回到70(TC原位轉(zhuǎn) 靶再沉積一層厚300 nm的錳摻雜鈦酸鍶鋇層，得到1.5周期的錳摻雜鈦 酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)；隨后將該具有三明治對稱性的異質(zhì)結(jié)構(gòu)在400 。C、 0. 5個大氣壓左右的干燥空氣氣氛條件下進行原位退火10 min，就得 到了錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料；接下來，為了測試本實施 例的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的性能，還采用掩模技術(shù)在異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料上沉積圓形的 Pt上電極構(gòu)成平行板電容器；最后將其在空氣中于60(TC快速退火5min。 測試表明，由于采用了對稱的半周期異質(zhì)結(jié)構(gòu)，得到了對稱的C-V曲線。 并且由于釆用了較厚的介質(zhì)層，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的抗擊穿性能得到了提高，在 500 kV/cm偏場下得到了超過60 %的可調(diào)率，而介電損耗在整個偏場范圍 內(nèi)依然保持在小于0. 005的較低的水平上。
實施例3
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有10個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中每層錳摻雜鈦酸鍶鋇的厚度為 40nm,錳摻雜濃度為6at°/。，每層鈮酸鋅鉍的厚度20nm，兩層的厚度比錳 摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅敘、-2: 1。其制備方法如下
首先，釆用射頻磁控濺射沉積技術(shù)，在鍍Pt的藍寶石襯底上分別于 7 00 。C和6 Q(TC交替沉積錳摻雜鈦酸鍶鋇層(厚度4 G nm )和鈮酸鋅鉍層(厚 度20 nm),最終得到具有10個周期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)， 總厚度600 nm;隨后將該異質(zhì)結(jié)構(gòu)在500°C于兩個大氣壓的純氧氣氛條件 下進行原位退火15 min,得到本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì) 結(jié)構(gòu)材料；接下來，為了測試本實施例的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的性能，還用掩模 技術(shù)沉積圓形的Pt上電極構(gòu)成平行板電容器，并在氮氣保護下于50(TC進 行快速退火處理lmin。測試表明，該器件在1 MHz, 300 kV/cm的外加偏 場下具有15 %的可調(diào)率和萬分之六左右的損^>,在+190 kV/cm偏場下漏 電流維持在5 nA/ cm2左右。
實施例4
本實施例的錳摻雜4太酸鍶鋇/鈮酸鋅敘、異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有5個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中每層錳摻雜鈦酸鍶鋇的厚度為
100nm,錳摻雜濃度為2at%，每層鈮酸鋅鉍的厚度10nm,兩層的厚度比錳 摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍、=10: 1。其制備方法如下
首先，采用金屬有機化學氣相沉積技術(shù)，在鍍Au的藍寶石襯底上分 別于550。C和60(TC交替沉積鈮酸鋅鉍層(厚度10nm)和錳摻雜鈦酸鍶鋇 層(厚度100 nm)，最終得到具有五層鈮酸鋅鉍和五層錳摻雜鈦酸鍶鋇的 異質(zhì)結(jié)構(gòu)；隨后將該異質(zhì)結(jié)構(gòu)在550。C于干燥空氣氣氛條件下進行原位退 火10min,就得到了錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料；接著用掩模 技術(shù)沉積上圓形的Au上電極構(gòu)成平行板電容器，并在500。C于空氣中進行 快速退火5min。 100 kHz下，外加370kV/cm偏場的測試表明，該異質(zhì)結(jié) 構(gòu)具有39 %的可調(diào)率和0. 005的損耗，整個偏場范圍器件的漏電流維持在 0. 5 uA/cm2以內(nèi)。
實施例5
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，只有1個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為4000nm,錳摻雜濃度為2at%，鈮酸鋅鉍層的厚度1000nm,兩層的厚度 比錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=4: 1。其制備方法如下
首先，采用溶膠-凝膠(Sol-Gel)技術(shù)，在鍍Pt的石英襯底上先用 旋涂工藝旋涂一層錳摻雜鈦酸鍶鋇溶膠，隨后在30(TC下預烘。上述過程 重復三次后，在85(TC下于1個大氣壓下的空氣中進行快速退火5分鐘， 得到厚度約為4000nm的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鍶鋇層；再用旋涂工藝旋 涂一層鈮酸鋅鉍溶膠，經(jīng)過300。C預烘后，在75(TC下于1個大氣壓下的 空氣中快速退火5分鐘，得到厚度約為1000nm的具有立方焦綠石結(jié)構(gòu)的 鈮酸鋅鉍層，這樣，就制成了本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì) 結(jié)構(gòu)材料；接下來，用掩模技術(shù)在制備好的異質(zhì)結(jié)構(gòu)上沉積圓形的Pt上 電極構(gòu)成平行板電容器，以測試本實施例的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的介電性能。低 頻測試表明，在260 kV/cm的外加偏場下該異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料具有接近17 % 的可調(diào)率和萬分之九左右的損耗，而漏電流維持在O. 19 uA/cm'以內(nèi)。
實施例6
本實施例純鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有2個周期的鈦
酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)。其中，所述純鈦酸鍶鋇層厚度為1000nm，鈮酸鋅 鉍層厚度50nm,兩層的厚度比純鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍-20: 1。其制備方法
首先，采用射頻磁控濺射沉積技術(shù)，在鍍Pt的石英襯底上分別于800 。C和6GG。C交替沉積純鈦酸鍶鋇層(厚度1000 nm)和鈮酸鋅鉍層(厚度 50 nm)，最終得到具有2個周期的純鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)，總厚 度2100 nm;隨后將該異質(zhì)結(jié)構(gòu)在450°C于兩個大氣壓的純氧氣氛條件下 進行原位退火30 min，得到本實施例的純鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材 料；接下來，用掩^^莫技術(shù)沉積圓形的Pt上電極構(gòu)成平行板電容器，并在 空氣下于600。C進行快速退火處理lmin。測試表明，該器件在1 MHz, 200 kV/cm的外加偏場下具有23 y。的可調(diào)率和千^f分之一的損:耗，漏電流在整個 偏場范圍內(nèi)維持在86 nA/ ci!^以內(nèi)。
實施例7
本實施例純鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有3個周期的鈦 酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)。其中，所述純鈦酸鍶鋇層厚度為1000nm,鈮酸鋅 鉍層厚度200nm,兩層的厚度比純鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=5: 1。其制備方法 如下
首先，采用射頻磁控濺射沉積技術(shù)，在硅鉑襯底上于80(TC下沉積純 鈦酸鍶鋇層(厚度1000 nm);隨后取出樣品，采用脈沖激光沉積技術(shù)沉積 鈮酸鋅鉍層(厚度200 nm)。重復以上過程，得到具有3個周期的純鈦酸 鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)；隨后將該異質(zhì)結(jié)構(gòu)在55(TC于一個大氣壓的純氧 氣氛條件下進行退火20 min,得到本實施例的純鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì) 結(jié)構(gòu)材料；最后，用掩模技術(shù)沉積圓形的Pt上電極構(gòu)成平行板電容器， 并在空氣中于600。C進行快速退火處理5min。測試表明，該器件在1 MHz, 310 kV/cra的外加偏場下具有261的可調(diào)率和萬份之七左右的損耗，+ 230kV/cm偏場下的漏電流維持在60 nA/ cm'以內(nèi)。
實施例8
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有3個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度
為4000nm,錳4參雜濃度為0. 5at%,鈮酸鋅鉍層的厚度500nm,兩層的厚度 比錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=8: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法除鈮酸 鋅4Jt層的生長溫度為700。C外，其他與實施例4相同。
實施例9
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有4個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為2400nm，錳摻雜濃度為lat%，鈮酸鋅鉍層的厚度800nm，兩層的厚度比 錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=3: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法除鈮酸 鋅鉍層的生長溫度為75(TC外，其他與實施例4相同。
實施例10
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有5個周 期的錳摻雜鈥酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為3000nm,錳摻雜濃度為3at°/。，鈮g吏鋅鉍層的厚度250nm,兩層的厚度比 錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍、=12: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。
實施例11
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有6個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為3500nm,錳摻雜濃度為4at°/ ，鈮酸鋅鉍層的厚度250nm,兩層的厚度比 錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=14: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。
實施例12
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有7個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度
為2000nm，錳纟參雜濃度為5at%,鈮酸鋅鉍層的厚度125nm,兩層的厚度比 錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=16: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。
實施例13
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有8個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為1400nm，錳摻雜濃度為0. 5at%,鈮酸鋅鉍層的厚度700nm，兩層的厚度 比錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=2: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。
實施例14
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有9個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為3600nrn,錳摻雜濃度為Q. 5at%,鈮酸鋅鉍層的厚度600ntn，兩層的厚度 比錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=6: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。
實施例15
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有3個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為2700nm,錳摻雜濃度為2. 5at%，鈮酸鋅鉍層的厚度900nm，兩層的厚度 比錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=3: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。
實施例16
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有4個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度
為3600nm,錳摻雜濃度為0. 5at°/。，鈮酸鋅鉍、層的厚度200nm,兩層的厚度 比錳摻雜鈥酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=18: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。
實施例17
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有3個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為500nm，錳摻雜濃度為0. 5at%，鈮酸鋅鉍層的厚度50nm，兩層的厚度比 錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=10: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。 ，
實施例18
本實施例的錳摻雜鈦酸鍶4貝/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中，共有3個周 期的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍結(jié)構(gòu)，其中所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度 為800nm,錳摻雜濃度為0. 5at°/。，鈮酸鋅鉍層的厚度50nm,兩層的厚度比 錳摻雜鈦酸鍶鋇鈮酸鋅鉍=16: 1。
本實施例錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法與實施 例4相同。
上述內(nèi)容和實施例完整闡述了本發(fā)明的思想和權(quán)利要求的范圍，本專 業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員可依據(jù)上述公開內(nèi)容理解本發(fā)明的內(nèi)容和權(quán)利要求范圍， 并理解上述實施例并不是對本發(fā)明權(quán)利要求的約束和限制。
權(quán)利要求
1. 一種鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，包括至少一層鈦酸鍶鋇層和至少一層鈮酸鋅鉍層，其中，所述鈦酸鍶鋇層為錳摻雜的鈦酸鍶鋇層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，其特征 在于，所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的錳摻雜濃度優(yōu)選0. l-6at%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，其特征 在于，所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層的厚度優(yōu)選40 - 4000nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，其特征 在于，所述鈮酸鋅敘、層的厚度優(yōu)選10 - 1000nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，其特征 在于，所述錳摻雜鈦酸鍶鋇層與鈮酸鋅鉍層的厚度比優(yōu)選2-20。
6. —種制備權(quán)利要求1-5所述鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方 法首先，在基底上按照由下至上的次序逐層生長錳摻雜鈦酸鍶鋇層和鈮 酸鋅鉍層；然后進行退火處理，就得到摻錳的鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié) 構(gòu)材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述退火溫度為 400 - 550°C，所述退火壓強為0.5-2個大氣壓，所述退火的氣氛為純氧 或干燥空氣，所述退火時間為10-30 min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述制備鈦酸鍶 鋇層和鈮酸鋅鉍層的方法包括脈沖激光沉積、射頻磁控濺射、金屬有機化 學氣相沉積和溶膠-凝膠法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述錳摻雜鈦酸 鍶鋇層的生長溫度為600 - 90(TC,所述鈮酸鋅鉍層的生長溫度為550 - 750 。C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述基底優(yōu)選硅 柏、鍍鉑，或鍍金的藍寶石和石英。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，包括至少一層鈦酸鍶鋇層和至少一層鈮酸鋅鉍層，其中，所述鈦酸鍶鋇層為錳摻雜的鈦酸鍶鋇層。本發(fā)明的鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料有機地結(jié)合了鈦酸鍶鋇材料的高介電可調(diào)性與鈮酸鋅鉍材料的低介電損耗特性，通過使用錳摻雜鈦酸鍶鋇層，以及有目的地調(diào)控錳摻雜鈦酸鍶鋇和鈮酸鋅鉍層各自的厚度和生長條件，得到了一種同時具有高介電可調(diào)率和低介電損耗特性的錳摻雜鈦酸鍶鋇/鈮酸鋅鉍異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號H01L21/02GK101388262SQ20071012183
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者周岳亮, 曹玲柱, 宏 汪, 符汪洋 申請人:中國科學院物理研究所;西安交通大學