專利名稱：一種在玻璃基板上沉積致密鈦酸鍶鋇薄膜的方法
一種在玻璃基板上沉積致密鈦酸鍶鋇薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，涉及一種濕化學(xué)液相法制備致密化薄膜方法。背景技術(shù)：
鈦酸鍶鋇(BaxSivxTiO3)鐵電薄膜具有漏電流小、不易疲倦、居里溫度可調(diào)、熱釋電系數(shù)高、非線性強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)儲(chǔ)存器(DRAM)、熱釋電紅外探測(cè)器、介質(zhì)移相器、H2探測(cè)器等器件中，是最有應(yīng)用前景的鐵電薄膜材料之一。已有用脈沖激光沉積 (PLD)、磁控濺射、溶膠-凝膠(sol-gel)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等方法制備 BaxSr1^xTiO3薄膜。脈沖激光沉積法中薄膜均勻性差，難以制得高質(zhì)量大面積薄膜，且設(shè)備昂貴。磁控濺射法中磁控濺射的生長(zhǎng)速率慢，薄膜成分通常與靶材有一定偏差。溶膠-凝膠法中薄膜易出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，工藝參數(shù)較難掌握。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉法的原材料和設(shè)備的價(jià)格都很昂貴，而且源材料通常有劇毒。而最近受到重視的液相自組裝工藝技術(shù)則克服了上述一些缺點(diǎn)。簡(jiǎn)便易行，無(wú)須特殊裝置，通常以水為溶劑，具有沉積過(guò)程和膜結(jié)構(gòu)分子級(jí)控制的優(yōu)點(diǎn)?？梢岳眠B續(xù)沉積不同組分，制備膜層間二維甚至三維比較有序的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)膜的光、電、磁等功能。因此，近年來(lái)受到廣泛的重視。但液相自組裝技術(shù)制備功能陶瓷薄膜由于靠靜電吸附和化學(xué)健合作用制備薄膜，作用力較小，存在制備的薄膜致密性低的缺陷， 導(dǎo)致此方法制備的薄膜的介電性能和鐵電性能無(wú)法測(cè)試。因此提供一種技術(shù)提高玻璃基板液相自組裝制備致密度薄膜的方法成為本領(lǐng)域目前丞待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在玻璃基板上沉積致密鈦酸鍶鋇薄膜的方法，該方法利用真空處理前驅(qū)液技術(shù)與多次誘導(dǎo)吸附液相自組裝法在玻璃基板制備致密鈦酸鍶鋇薄膜，其不但能夠達(dá)到高表面致密度，而且功能化均勻、處理工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種在玻璃基板上沉積致密鈦酸鍶鋇薄膜的方法，包括以下步驟步驟1 配置前驅(qū)液溶液將Ba (NO3)2, Sr (NO3)2, (NH4) 2TiF6，H3BO3分別放入4個(gè)燒杯中；然后向4個(gè)燒杯中分別加入去離子水，超聲波振蕩均勻，振蕩后將四種溶液倒入一個(gè)燒杯中，定容使 Ba(NO3)2 的濃度為 0. 002mol/L, Sr (NO3)2 的濃度為 0. 008mol/L, (NH4)2TiF6 的濃度為0. 01mol/L, H3BO3的濃度為0. 03mol/L ；最后置于磁力攪拌器上攪拌均勻，然后滴加硝酸調(diào)節(jié)PH值為2. 0 3. 1，使溶液澄清透明即得前驅(qū)液溶液；步驟2 將配置好的前驅(qū)液溶液聯(lián)同燒杯放入真空箱中進(jìn)行真空處理，開啟真空泵，真空壓力調(diào)節(jié)為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為30-60minS，至使前驅(qū)液溶液沒(méi)有氣泡排出；步驟3 將有OTS單分子膜的親水性玻璃基板放入真空處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為18 Mh，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥 12h ；步驟4 最后將沉積好的薄膜于600°C條件下進(jìn)行池的退火處理；得到致密的鈦酸鍶鋇薄膜。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于所述方法在步驟3和步驟4之間還包括以下步驟，步驟 3. 1 重復(fù)步驟1、2，然后將上一次進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)后的玻璃基板放入真空處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為18 Mh，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥12h。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于在步驟4退火處理之前，重復(fù)步驟3. 1若干次。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于在步驟4退火處理之前，重復(fù)步驟3. 1三至四次。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案一種在玻璃基板上沉積致密鈦酸鍶鋇薄膜的方法，包括以下步驟步驟1 配置前驅(qū)液溶液將 0. 0002mol Ba (NO3)2，0. 0008mol Sr (NO3)2， 0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分別放入4個(gè)燒杯中；然后向4個(gè)燒杯中分別加入去離子水，超聲波振蕩lOmin，振蕩后將四種溶液倒入一個(gè)燒杯中，定容至IOOml ；最后置于磁力攪拌器上攪拌lOmin，振蕩完后取下；滴加稀硝酸調(diào)節(jié)pH值為3. 1，使溶液澄清透明即得前驅(qū)液溶液；步驟2 將配置好的前驅(qū)液溶液聯(lián)同燒杯放入真空箱中，開啟真空泵，真空壓力調(diào)節(jié)為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為45mins，至溶液沒(méi)有氣泡排出；步驟3 將有OTS單分子膜的親水性玻璃基板放入步驟2處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為Mh，沉積完成后將玻璃基板在 120°C干燥 12h ；步驟4 重復(fù)步驟1、2，將前面吸附有前驅(qū)液溶液的玻璃基板置于沒(méi)有氣泡的前驅(qū)液中，液相自組裝吸附薄膜，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為Mh，沉積完成后將玻璃基板在 120°C干燥12h ；重復(fù)以上過(guò)程三次；步驟5 最后將沉積好的薄膜于600°C條件下進(jìn)行池的退火處理；得到致密的鈦
酸鍶鋇薄膜。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，其具有以下有益效果本發(fā)明方法克服溶膠-凝膠法薄膜易出現(xiàn)龜裂，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉法的原材料和設(shè)備的價(jià)格都很昂貴；脈沖激光沉積法中薄膜均勻性差，磁控濺射法中生長(zhǎng)速率慢，現(xiàn)有液相自組裝工藝技術(shù)薄膜致密性低的缺陷等技術(shù)的缺點(diǎn)；利用真空處理前驅(qū)液技術(shù)與多次誘導(dǎo)吸附液相自組裝法在玻璃基板制備出致密的鈦酸鍶鋇薄膜，其不但能夠達(dá)到高表面致密度，而且功能化均勻、處理工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便。

圖1 是本發(fā)明制備的鈦酸鍶鋇薄膜XRD圖(前驅(qū)液抽真空45min，吸附誘導(dǎo)溫度為50°C，吸附時(shí)間為Mh，吸附三次)；圖2 是本發(fā)明制備的鈦酸鍶鋇薄膜SEM圖(前驅(qū)液抽真空45min，吸附誘導(dǎo)溫度為50°C，吸附時(shí)間為Mh，吸附三次)；圖3是本發(fā)明制備的鈦酸鍶鋇薄膜SEM圖(沒(méi)有進(jìn)行前驅(qū)液抽真空45min，吸附誘導(dǎo)溫度為50°C，吸附時(shí)間為Mh，吸附三次)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 步驟1 配置前驅(qū)液溶液將 0. 0002mol Ba (NO3)2，0. 0008mol Sr (NO3)2， 0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分別放入4個(gè)燒杯中；然后向4個(gè)燒杯中分別加入去離子水，超聲波振蕩lOmin，振蕩后將四種溶液倒入一個(gè)燒杯中，定容至IOOmL ；最后置于磁力攪拌器上攪拌lOmin，振蕩完后取下。滴加稀硝酸調(diào)節(jié)pH值為3. 1，使溶液澄清透明即得前驅(qū)液溶液。步驟2 將配置好的前驅(qū)液溶液聯(lián)同燒杯放入真空箱中，開啟真空泵，真空壓力調(diào)節(jié)為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為45mins，至溶液沒(méi)有氣泡排出；步驟3 將有OTS(octadecyl-trichloro-silane，十八烷基三氯硅烷)單分子膜的親水性玻璃基板放入步驟2處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為 50°C，沉積時(shí)間為Mh，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥12h ；步驟4 重新配制前驅(qū)溶液，在真空度為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為45mins，致溶液沒(méi)有氣泡排出，將前面吸附有前驅(qū)液溶液的玻璃基板置于沒(méi)有氣泡的前驅(qū)液，液相自組裝吸附薄膜，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為Mh，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥12h ； 重復(fù)以上過(guò)程三次；步驟5 最后將沉積好的薄膜于600°C條件下進(jìn)行池的退火處理；得到致密的鈦酸鍶鋇薄膜。實(shí)施例2:步驟1 配置前驅(qū)液溶液將 0. 0002mol Ba (NO3)2，0. 0008mol Sr (NO3)2， 0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分別放入4個(gè)燒杯中；然后向4個(gè)燒杯中分別加入去離子水，超聲波振蕩lOmin，振蕩后將四種溶液倒入一個(gè)燒杯中，定容至IOOmL ；最后置于磁力攪拌器上攪拌lOmin，振蕩完后取下。滴加稀硝酸調(diào)節(jié)pH值為2. 0，使溶液澄清透明即得前驅(qū)液溶液。步驟2 將配置好的前驅(qū)液溶液聯(lián)同燒杯放入真空箱中，開啟真空泵，真空壓力調(diào)節(jié)為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為60mins，至溶液沒(méi)有氣泡排出；步驟3 將有OTS(octadecyl-trichloro-silane，十八烷基三氯硅烷)單分子膜的親水性玻璃基板放入步驟2處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為 50°C，沉積時(shí)間為20h，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥12h ；步驟4 重新配制前驅(qū)溶液，在真空度為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為60mins，至溶液沒(méi)有氣泡排出，將前面吸附有前驅(qū)溶液的玻璃基板置于沒(méi)有氣泡的前驅(qū)液，液相自組裝吸附薄膜，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為20h，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥12h ；重復(fù)以上過(guò)程四次，步驟5 最后將沉積好的薄膜于600°C條件下進(jìn)行池的退火處理；得到致密的鈦酸鍶鋇薄膜。實(shí)施例3 步驟1 配置前驅(qū)液溶液將 0. 0002mol Ba (NO3)2，0. 0008mol Sr (NO3)2，0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分別放入4個(gè)燒杯中；然后向4個(gè)燒杯中分別加入去離子水，超聲波振蕩lOmin，振蕩后將四種溶液倒入一個(gè)燒杯中，定容至IOOmL ；最后置于磁力攪拌器上攪拌lOmin，振蕩完后取下。滴加稀硝酸調(diào)節(jié)pH值為2. 5，使溶液澄清透明即得前驅(qū)液溶液。步驟2 將配置好的前驅(qū)液溶液聯(lián)同燒杯放入真空箱中，開啟真空泵，真空壓力調(diào)節(jié)為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為30mins，至溶液沒(méi)有氣泡排出；步驟3 將有OTS(octadecyl-trichloro-silane，十八烷基三氯硅烷)單分子膜的親水性玻璃基板放入步驟2處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為 50°C，沉積時(shí)間為18h，將玻璃基板在120°C干燥12h ；步驟4 重新配制前驅(qū)溶液，在真空度為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為30mins，至溶液沒(méi)有氣泡排出，將前面吸附有前驅(qū)溶液的玻璃基板置于沒(méi)有氣泡的前驅(qū)液，液相自組裝吸附薄膜，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為18h，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥12h ；重復(fù)以上過(guò)程三次；步驟5 最后將沉積好的薄膜于600°C條件下進(jìn)行池的退火處理；得到致密的鈦
酸鍶鋇薄膜。本發(fā)明方法，根據(jù)所要制備的鈦酸鍶鋇薄膜的厚度，可以重復(fù)液相自組裝吸附多次，也可以只進(jìn)行一次液相自組裝吸附。請(qǐng)參閱圖1至圖3所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的鈦酸鍶鋇薄膜XRD圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈦酸鍶鋇薄膜SEM圖；圖3為沒(méi)有進(jìn)行前驅(qū)液抽真空制備的鈦酸鍶鋇薄膜SEM圖。通過(guò)對(duì)圖1至圖3的分析，利用該技術(shù)能夠使玻璃基板上的鈦酸鍶鋇薄膜達(dá)到高表面致密度，而且功能化均勻、處理工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便。經(jīng)過(guò)抽真空處理的玻璃基板(如圖幻比沒(méi)有處理的玻璃基板(如圖幻表面顆粒細(xì)小，大小均勻，分布致密。通過(guò)XRD圖分析可知，通過(guò)抽真空處理的玻璃基板上的鈦酸鍶鋇衍射峰尖銳，說(shuō)明結(jié)晶度良好。以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種在玻璃基板上沉積致密鈦酸鍶鋇薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 配置前驅(qū)液溶液將Ba (NO3)2，Sr (NO3)2，(NH4)2TiF6, H3BO3分別放入4個(gè)燒杯中；然后向4個(gè)燒杯中分別加入去離子水，超聲波振蕩均勻，振蕩后將四種溶液倒入一個(gè)燒杯中，定容使 Ba(NO3)2 的濃度為 0. 002mol/L, Sr (NO3)2 的濃度為 0. 008mol/L, (NH4)2TiF6 的濃度為0. 01mol/L, H3BO3的濃度為0. 03mol/L ；最后置于磁力攪拌器上攪拌均勻，然后滴加稀硝酸調(diào)節(jié)PH值為2. 0 3. 1，使溶液澄清透明即得前驅(qū)液溶液；步驟2 將配置好的前驅(qū)液溶液聯(lián)同燒杯放入真空箱中進(jìn)行真空處理，開啟真空泵，真空壓力調(diào)節(jié)為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為30-60mins，至使前驅(qū)液溶液沒(méi)有氣泡排出；步驟3 將有OTS單分子膜的親水性玻璃基板放入真空處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為18 Mh，沉積完成后將玻璃基板在120°C 干燥1 !；步驟4 最后將沉積好的薄膜于600°C條件下進(jìn)行池的退火處理；得到致密的鈦酸鍶鋇薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在步驟3和步驟4之間還包括以下步驟步驟3. 1 重復(fù)步驟1、2，然后將上一次進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)后的玻璃基板放入真空處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為18 Mh，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥12h。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟4退火處理之前，重復(fù)步驟3.1若干次。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟4退火處理之前，重復(fù)步驟3.1三至四次。
5.一種在玻璃基板上沉積致密鈦酸鍶鋇薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟 1:配置前驅(qū)液溶液將 0. 0002mol Ba (NO3) 2,0. 0008mol Sr (NO3)2，·0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分別放入4個(gè)燒杯中；然后向4個(gè)燒杯中分別加入去離子水，超聲波振蕩lOmin，振蕩后將四種溶液倒入一個(gè)燒杯中，定容至IOOml ；最后置于磁力攪拌器上攪拌lOmin，振蕩完后取下；滴加稀硝酸調(diào)節(jié)pH值為3. 1，使溶液澄清透明即得前驅(qū)液溶液；步驟2:將配置好的前驅(qū)液溶液聯(lián)同燒杯放入真空箱中，開啟真空泵，真空壓力調(diào)節(jié)為-0. Ig/cm2，抽真空時(shí)間為45mins，至溶液沒(méi)有氣泡排出；步驟3 將有OTS單分子膜的親水性玻璃基板放入步驟2處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為Mh，沉積完成后將玻璃基板在120°C干燥 12h ；步驟4 重復(fù)步驟1、2，將前面吸附有前驅(qū)液溶液的玻璃基板置于沒(méi)有氣泡的前驅(qū)液中，液相自組裝吸附薄膜，沉積溫度為50°C，沉積時(shí)間為Mh，沉積完成后將玻璃基板在 120°C干燥12h ；重復(fù)以上過(guò)程三次；步驟5 最后將沉積好的薄膜于600°C條件下進(jìn)行池的退火處理；得到致密的鈦酸鍶鋇薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在玻璃基板上沉積致密鈦酸鍶鋇薄膜的方法，包括以下步驟步驟1配置前驅(qū)液溶液；步驟2將配置好的前驅(qū)液溶液聯(lián)同燒杯放入真空箱中進(jìn)行真空處理，至前驅(qū)液溶液沒(méi)有氣泡排出；步驟3將有OTS單分子膜的親水性玻璃基板放入真空處理后的前驅(qū)液溶液中進(jìn)行薄膜的自組裝生長(zhǎng)；步驟4最后將沉積好的薄膜于600℃條件下進(jìn)行2h的退火處理；最終得到致密的鈦酸鍶鋇薄膜。本發(fā)明方法利用真空處理前驅(qū)液技術(shù)與多次誘導(dǎo)吸附液相自組裝法在玻璃基板制備出致密的鈦酸鍶鋇薄膜，其不但能夠達(dá)到高表面致密度，而且功能化均勻、處理工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便。
文檔編號(hào)C23C26/00GK102534610SQ20121004420
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者程蕾, 談國(guó)強(qiáng), 韓偉光 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)