一種具有籽晶層的鋯鈦酸鋇鈣薄膜及其制備方法和應用
【專利摘要】本發(fā)明屬于功能材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有籽晶層的鋯鈦酸鋇鈣薄膜及其制備方法。所述鋯鈦酸鋇鈣薄膜包括基片層、籽晶層和薄膜層，所述籽晶層在所述基片層和薄膜層之間，所述籽晶層和薄膜層的化學通式為Ba(1?x)CaxTi(1?y)ZryO3，其中x=0.01～0.16，y=0.02～0.12。所述制備方法使用低濃度前驅(qū)體溶液制備籽晶層，然后再用高濃度前驅(qū)體溶液制備鋯鈦酸鋇鈣薄膜，解決了鋯鈦酸鋇鈣薄膜制備過程中開裂的問題，提高無鉛薄膜的壓電性和介電性，且低成本和可控，制得的具有籽晶層的鋯鈦酸鋇鈣薄膜平整度高，均勻性好，無裂紋，質(zhì)量高，使其在微機電系統(tǒng)、鐵電存儲系統(tǒng)或多功能集成器件中得到實際應用。
【專利說明】
一種具有籽晶層的鋯鈦酸鋇鈣薄膜及其制備方法和應用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有籽晶層的鋯鈦酸鋇鈣薄膜及其制備方法和應用。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電鐵電材料在信息的檢測、轉(zhuǎn)換、處理、顯示和存儲等方面具有廣泛的應用，是重要的高技術(shù)功能材料，但目前占壓電材料主導地位的仍然是鉛含量高達70%的鉛基壓電材料鋯鈦酸鉛(PZT)。鉛基材料在制備、使用和廢棄過程中對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成嚴重危害，因此，研制無鉛壓電鐵電材料，是關(guān)系到我國電子技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務之一。在上世紀90年代，隨著微加工技術(shù)的發(fā)展及人們對精密微位移器件的需求，電可調(diào)機敏應變材料成為了微電子技術(shù)材料研究的一個熱點。近年來，對壓電薄膜材料與器件的需求日益增加，無鉛壓電薄膜研究顯得尤為重要。鋯鈦酸鋇鈣材料自2009年以來由于其較低的矯頑場和極高的壓電性能而備受關(guān)注，人們大量研究了其塊體材料的結(jié)構(gòu)和性能。但是，鋯鈦酸鋇鈣薄膜材料的研究確鮮有見聞，其主要原因是該體系薄膜和基底之間由于熱失配和晶格失配而存在較大的內(nèi)應力，從而使得薄膜在制備過程中發(fā)生開裂現(xiàn)象，難以制備結(jié)構(gòu)優(yōu)良的薄膜材料。
[0003]薄膜的制備方法與工藝過程對其結(jié)構(gòu)及性能有著十分重要的影響，通過選擇合適的制備方法和優(yōu)化的工藝過程得到組分均勻、結(jié)晶完全、致密及低粗糙度的目標薄膜始終是薄膜材料研究的一個主要內(nèi)容。然而，由于薄膜制備方法及工藝過程的選擇又受到成膜物質(zhì)的制約，因此，雖然薄膜的制備方法已經(jīng)較為成熟，有多種方法可供選擇，但受到鉛基材料易揮發(fā)及毒性等因素的影響，目前主要有三種方法被報道用來制備壓電薄膜，分別是:溶膠-凝膠法(So 1-Ge I)，派射法(sputtering)及脈沖激光沉積法(PLD)，其中溶膠-凝膠法是利用溶質(zhì)在溶劑中發(fā)生水解反應，形成膠體，然后再涂敷在基底表面，經(jīng)一定溫度處理下成膜，該方法的優(yōu)點是:(I)能實現(xiàn)薄膜化學組分的精確控制，易于進行離子摻雜；(2)易于大面積成膜；(3)設備簡單，成本低廉；(4)與半導體工藝兼容性好。但這種方法也具有其本身難以克服的缺點，如重復性差、易開裂、不適宜制備厚度大于Um的薄膜。但由于這種方法低廉的成本及精確的組分控制，是當前薄膜常用的制備方法，被用來合成不同組分的壓電薄膜，且通過選取適當?shù)墓に囘^程得到了基本無裂紋的目標薄膜。對于鋯鈦酸鋇鈣體系的薄膜而言，如何通過改進溶膠-凝膠工藝制備高質(zhì)量的壓電薄膜，提高壓電性能具有非常重要的社會價值和經(jīng)濟意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有籽晶層的鋯鈦酸鋇鈣薄膜及其制備方法和應用，所述制備方法解決了鋯鈦酸鋇鈣薄膜制備過程中開裂的問題，提高無鉛薄膜的壓電性和介電性，且低成本和可控，制得的具有籽晶層的鋯鈦酸鋇鈣薄膜平整度高，均勻性好，無裂紋，質(zhì)量高，使其在多功能集成器件中得到實際應用。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種鋯鈦酸鋇鈣薄膜，所述鋯鈦酸鋇鈣薄膜包括基片層、籽晶層和薄膜層，所述籽晶層在所述基片層和薄膜層之間，所述籽晶層和薄膜層的化學通式為1^(11仙\1';[(1—7)2503，其中1 = 0.01?0.16，如0.01?0.08、0.08?0.10或0.10?0.16，y=0.02?0.12，如0.02?0.05、0.05?0.10或0.10?
0.12ο
[0006]優(yōu)選的，所述基片層為Pt/Ti/Si02/Si襯底、單晶Si襯底、單晶SrT13襯底或單晶LaAlO3 襯底。
[0007]優(yōu)選的，所述籽晶層的厚度為8?40nm，如8?20nm、20?30nm或30?40nm，所述薄膜層的厚度為150?600nm，如150?360nm或360?600nm。
[0008]本發(fā)明第二方面提供一種上述鋯鈦酸鋇鈣薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0009]a)按上述化學通式中元素的化學計量比稱取原料:含Ba化合物、含Ca化合物、含Ti化合物和含Zr化合物，將原料溶于乙酸和乙二醇乙醚或乙酸和乙二醇甲醚，用乙酰丙酮為絡合劑配制前驅(qū)體溶液一和前驅(qū)體溶液二，所述前驅(qū)體溶液一的濃度為0.05?0.15M，如0.05?0.IM或0.I?0.15M，所述前軀體溶液二的濃度為0.2?0.4M，如0.2?0.3M或0.3?0.4M；
[0010]b)在基片上旋轉(zhuǎn)涂覆所述前驅(qū)體溶液一，然后進行熱處理；
[0011]c)依據(jù)籽晶層的厚度選擇重復步驟b)的次數(shù)，得到籽晶層的基片；
[0012]d)將步驟c)得到的基片在籽晶層上旋轉(zhuǎn)涂覆所述前驅(qū)體溶液二，然后進行熱處理；
[0013]e)依據(jù)薄膜層的厚度選擇重復步驟d)的次數(shù)，然后進行退火，得到所述鋯鈦酸鋇鈣薄膜。
[0014]所述前驅(qū)體溶液一和前軀體溶液二的的濃度是指以化學通式Ba(1—x)CaxTi(1一 y)ZryO3計的摩爾濃度。
[0015]所述含Ba化合物為乙酸鋇或硝酸鋇。
[0016]所述含Ca化合物為乙酸鈣或硝酸鈣。
[0017]所述含Ti化合物為異丙醇鈦或鈦酸四丁酯。
[0018]所述含Zr化合物為丙醇鋯或異丙醇鋯。
[0019]優(yōu)選的，乙酰丙酮的摩爾量與化學通式的摩爾量的比值為1:1?1: 2，如1:1?1:
1.5或1:1.5?1:2。
[0020]優(yōu)選的，乙二醇乙醚占前驅(qū)體溶液體積的30?40 %，如30?35 %或35?40 %。乙二醇乙醚占前驅(qū)體溶液體積的30?40%是指:乙二醇乙醚占前驅(qū)體溶液一體積的30?40%，乙二醇乙醚占前驅(qū)體溶液二體積的30?40 %。
[0021 ] 優(yōu)選的，乙酸占前驅(qū)體溶液體積的50?60%，如50?55%或55?60%。乙酸占前驅(qū)體溶液體積的50?60%是指:乙酸占前驅(qū)體溶液一體積的50?60%，乙酸占前驅(qū)體溶液二體積的50?60%。
[0022]前驅(qū)體溶液一和前驅(qū)體溶液二的濃度可以分別控制籽晶層和薄膜的厚度，比如
0.05M的前驅(qū)體溶液一單層8nm，0.1M的前驅(qū)體溶液一單層10nm，0.2M的前軀體溶液二單層3011!11，0.31的前軀體溶液二單層6011111，根據(jù)所需籽晶層和薄膜的厚度控制甩膜的層數(shù)，即旋轉(zhuǎn)涂覆的次數(shù)。
[0023]優(yōu)選的，步驟b)中，旋轉(zhuǎn)涂覆的條件:轉(zhuǎn)速為2000?3000轉(zhuǎn)/秒，如2000?2500轉(zhuǎn)/秒或2500?3000轉(zhuǎn)/秒，時間為20?30秒，如20?25秒或25?30秒。
[0024]優(yōu)選的，步驟b)中，熱處理的條件:依次100?200°C處理2?3分鐘，如100?150°C或150?200 °C，300?400 °C處理2?5分鐘，如300?350 °C或350?400 °C; 2?3分鐘或3?5分鐘，600?700 °C處理5?10分鐘，如600?650 °C或650?700°C，5?8分鐘或8?10分鐘。所述熱處理工藝可以全部在管式爐中進行，減少了操作步驟和儀器成本。
[0025]優(yōu)選的，步驟b)中，在基片上旋轉(zhuǎn)涂覆之前，先對所述基片進行預處理。
[0026]更優(yōu)選的，所述預處理的條件:600?700°C預處理10?20分鐘，如600?650°C或650?700°C，10?15分鐘或15?20分鐘。
[0027]優(yōu)選的，步驟d)中，旋轉(zhuǎn)涂覆的條件:轉(zhuǎn)速為2000?3000轉(zhuǎn)/秒，如2000?2500轉(zhuǎn)/秒或2500?3000轉(zhuǎn)/秒，時間為20?30秒，如20?25秒或25?30秒。
[0028]優(yōu)選的，步驟d)中，熱處理的條件:依次在100?200°C處理2?5分鐘，如100?150°(:或150?200°C;2?3分鐘或3?5分鐘，400?500°C處理5?10分鐘，如400?450°C或450?500 °C。所述熱處理可以在管式爐中進行。
[0029]優(yōu)選的，步驟e)中，退火的條件:700?750°C退火20?50分鐘，如700?720°C或720?750°C，20?30分鐘、30?40分鐘或40?50分鐘。
[0030]本發(fā)明第三方面提供一種上述鋯鈦酸鋇鈣薄膜的應用，應用于微機電系統(tǒng)，鐵電存儲系統(tǒng)或多功能集成器件，如:微位移器件，聲傳感器，鐵電存儲器等。
[0031 ]本發(fā)明的有益效果:采用溶膠-凝膠法，通過使用低濃度(0.05?0.15M)前驅(qū)體溶液制備8?40納米厚度的籽晶層，然后再用高濃度(0.2?0.4)前驅(qū)體溶液制備150?600nm厚度的鋯鈦酸鋇鈣薄膜，薄膜和緩沖層同質(zhì)、同構(gòu)，薄膜均勻、致密、不開裂，應變達0.45nm，壓電常數(shù)可達64pm/V，顯著降低了低頻介電損耗，最低為0.023。所述制備方法解決了鋯鈦酸鋇鈣薄膜制備過程中開裂的問題，提高無鉛薄膜的壓電性和介電性，且低成本和可控，制得的具有籽晶層的鋯鈦酸鋇鈣薄膜平整度高，均勻性好，無裂紋，質(zhì)量高，使其在微機電系統(tǒng)，鐵電存儲系統(tǒng)和多功能集成器件中得到實際應用。
【附圖說明】
[0032]圖1是實施例1至4所得不同籽晶層厚度的鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的掃描電鏡圖。
[0033]圖2是實施例1至4所得不同籽晶層厚度的鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜電致應變隨外加電場變化曲線圖。
[0034]圖3是實施例1至4所得不同籽晶層厚度的鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜介電常數(shù)和介電損耗隨頻率變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實施例進一步闡述本發(fā)明，應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。
[0036]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0037]須知，下列實施例中未具體注明的工藝設備或裝置均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)設備或裝置;所有壓力值和范圍都是指相對壓力，使用的原料也均為本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)使用的原料。
[0038]此外應理解，本發(fā)明中提到的一個或多個方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應理解，本發(fā)明中提到的一個或多個設備/裝置之間的組合連接關(guān)系并不排斥在所述組合設備/裝置前后還可以存在其他設備/裝置或在這些明確提到的兩個設備/裝置之間還可以插入其他設備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。
[0039]實施例1:
[0040]在Pt/Ti/Si02/Si襯底上制備8納米籽晶層后，制備鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜。
[0041 ] a)按Ba0.92Ca0.()8Ti().95Zr().()503中兀素的化學計量比稱取原料:乙酸鋇、乙酸|丐、異丙醇鈦和丙醇鋯，將原料溶于乙酸和乙二醇乙醚，用乙酰丙酮為絡合劑配制前驅(qū)體溶液一和前驅(qū)體溶液二，所述前驅(qū)體溶液一的濃度為0.05M，所述前軀體溶液二的濃度為0.2M，乙酸占前軀體溶液體積的60%，乙二醇乙醚占前驅(qū)體溶液體積的30% ,Ba0.92Ca0.08Ti0.95Zr0.05O3和乙酰丙酮的摩爾比為1:1;靜置24小時后，用來制備鋯鈦酸鋇鈣籽晶層和薄膜層；
[0042]b)將Pt/Ti/Si02/Si襯底在600°C預處理10分鐘，將0.05M的前驅(qū)體溶液一旋轉(zhuǎn)涂覆在Pt/Ti/Si02/Si襯底上，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/秒，時間為30秒;將涂覆好的凝膠依次在管式爐中200°C處理2分鐘，300°C處理2分鐘，600°C處理10分鐘，獲得8納米厚的籽晶層；
[0043]c)在籽晶層上旋轉(zhuǎn)涂覆0.2M的前驅(qū)體溶液二，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/秒，時間為30秒;將涂覆好的凝膠依次在管式爐中200 0C處理3分鐘，400 0C處理1分鐘；
[0044]d)重復步驟c)即涂覆和熱處理工藝4次，最后在700 °C退火20分鐘，最后得到150納米厚的薄膜層。
[0045]采用直流濺射的方法在薄膜表面濺射金電極，直徑為0.5毫米，厚度為80納米，測試電性能。
[0046]圖1中(a)給出了8納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的掃描電鏡圖像，晶粒約為100納米，尺寸均勻，沒有裂紋，圖2中(a)給出了8納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的應變隨電壓變化曲線，電場誘導形變量達0.4納米，壓電常數(shù)達39pm/V。圖3(a)給出了 8納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的介電常數(shù)和介電損耗隨頻率變化，低頻介電損耗為0.112。實施例2:
[0047]在單晶Si襯底上制備20納米籽晶層后，制備鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜。
[0048]a)按Ba0.ggCa0.tnT1.gsZr0.0:^中元素的化學計量比稱取原料:硝酸鋇、硝酸鈣、鈦酸四丁酯和異丙醇鋯，將原料溶于乙酸和乙二醇乙醚，用乙酰丙酮為絡合劑配制前驅(qū)體溶液一和前驅(qū)體溶液二，所述前驅(qū)體溶液一的濃度為0.1M，所述前軀體溶液二的濃度為0.3M，乙酸占前軀體溶液體積的5 5 %，乙二醇乙醚占前驅(qū)體溶液體積的4 O %，Ba0.99Ca0.QiTi().98Zr().()203和乙酰丙酮的摩爾比為1: 1.5;靜置24小時后，用來制備錯鈦酸鋇I丐籽晶層和薄膜層；
[0049]b)將單晶Si襯底在650°C預處理15分鐘，將0.1M的前驅(qū)體溶液一旋轉(zhuǎn)涂覆在單晶Si襯底上，轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)/秒，時間為25秒;將涂覆好的凝膠依次在管式爐中150°C處理2分鐘，350 °C處理3分鐘，650 °C處理5分鐘；
[0050]c)重復步驟b)—次，獲得20納米厚的籽晶層；
[0051 ] d)在籽晶層上旋轉(zhuǎn)涂覆0.3M的前驅(qū)體溶液二，轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)/秒，時間為20秒，將涂覆好的凝膠依次在管式爐中150 °C處理5分鐘，450 °C處理5分鐘；
[0052]e)重復步驟d)即涂覆和熱處理工藝五次；最后在720 V退火30分鐘，獲得360納米厚的薄膜層。
[0053]采用直流濺射的方法在薄膜表面濺射電極，直徑0.2為毫米，厚度為80納米，測試電性能。
[0054]圖1中(b)給出了20納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的掃描電鏡圖像，晶粒約為100納米，尺寸均勻，沒有裂紋，圖2中(b)給出了20納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的應變隨電壓變化曲線，電場誘導形變量達0.45納米，壓電常數(shù)達64pm/V。圖3(b)給出了 20納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的介電常數(shù)和介電損耗隨頻率變化，低頻介電損耗為0.052。
[0055]實施例3:
[0056]在單晶SrT13襯底上制備30納米籽晶層后，制備鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜。
[0057]a)按Ba0.84Ca0.16Ti().9()Zr().1()03中元素的化學計量比稱取原料:乙酸鋇、乙酸I丐、異丙醇鈦和丙醇鋯，將原料溶于乙酸和乙二醇甲醚，用乙酰丙酮為絡合劑配制前驅(qū)體溶液一和前驅(qū)體溶液二，所述前驅(qū)體溶液一的濃度為0.15M，所述前軀體溶液二的濃度為0.3M，乙酸占前軀體溶液體積的60%，乙二醇甲醚占前驅(qū)體溶液體積的35%，Ba0.84Ca0.16T1.θοΖγο.10O3和乙酰丙酮的摩爾比為1:2;靜置24小時后，用來制備鋯鈦酸鋇鈣籽晶層和薄膜層；
[0058]b)將單晶SrT13襯底在700°C預處理20分鐘，將0.15M的前驅(qū)體溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在單晶SrT13襯底上，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/秒，時間為20秒;將涂覆好的凝膠依次在管式爐中200 V處理2分鐘，400 °C處理5分鐘，700 °C處理8分鐘。
[0059]c)重復步驟b)l次，獲得30納米厚的籽晶層；
[0060]d)在籽晶層上旋轉(zhuǎn)涂覆0.3M的前驅(qū)體溶液，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/秒，時間為20秒。將涂覆好的凝膠依次在管式爐中100 °C處理3分鐘，400 0C處理1分鐘。
[0061 ] e)重復步驟d)即涂覆和熱處理工藝五次，最后在700 °C退火40分鐘，獲得360納米厚度的薄膜層。
[0062]采用直流濺射的方法在薄膜表面濺射電極，直徑0.2為毫米，厚度為80納米，測試電性能。
[0063]圖1中(c)給出了30納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的掃描電鏡圖像，晶粒約為100納米，尺寸均勻，沒有裂紋，圖2中(C)給出了30納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的應變隨電壓變化曲線，電場誘導形變量達0.42納米，壓電常數(shù)達61pm/V。圖3(c)給出了 30納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的介電常數(shù)和介電損耗隨頻率變化，低頻介電損耗為0.030。
[0064]實施例4:
[0065]在單晶LaAlO3襯底上制備40納米籽晶層后，制備鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜。
[0066]a)按Ba0.9oCa().1()Ti().88Zr().1203中兀素的化學計量比稱取原料:乙酸鋇、乙酸|丐、異丙醇鈦和丙醇鋯，將原料溶于乙酸和乙二醇甲醚，用乙酰丙酮為絡合劑配制前驅(qū)體溶液一和前驅(qū)體溶液二，所述前驅(qū)體溶液一的濃度為0.05M，所述前軀體溶液二的濃度為0.4M，乙酸占前軀體溶液體積的50%，乙二醇甲醚占前驅(qū)體溶液體積的30%，Ba0.goCa0.1oT1.ssZr0.12Ο3和乙酰丙酮的摩爾比為1:2;靜置24小時后，用來制備鋯鈦酸鋇鈣籽晶層和薄膜層；
[0067]b)將單晶LaAlO3襯底在700°C預處理10分鐘。將0.05M的前驅(qū)體溶液一旋轉(zhuǎn)涂覆在單晶LaAlO3襯底上，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/秒，時間為20秒。將涂覆好的凝膠依次在管式爐中100 °C處理3分鐘，300 °C處理3分鐘，700 °C處理1分鐘。
[0068]c)重復步驟b)4次，獲得40納米厚的籽晶層。
[0069]d)在籽晶層上旋轉(zhuǎn)涂覆0.4M的前驅(qū)體溶液二，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/秒，時間為20秒。將涂覆好的凝膠依次在管式爐中200°C處理2分鐘，500°C處理10分鐘。
[0070]e)重復步驟d)即涂覆和熱處理工藝五次，最后在750 °C退火50分鐘，獲得600納米厚度的薄膜層。
[0071]采用直流濺射的方法在薄膜表面濺射電極，直徑0.2為毫米，厚度為80納米，測試電性能。
[0072]圖1中(d)給出了40納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的掃描電鏡圖像，晶粒約為100納米，尺寸均勻，沒有裂紋，圖2中(d)給出了40納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的應變隨電壓變化曲線，電場誘導形變量達0.4納米，壓電常數(shù)達44pm/V。圖3(d)給出了 40納米籽晶層上鋯鈦酸鋇鈣壓電薄膜的介電常數(shù)和介電損耗隨頻率變化，低頻介電損耗為0.023。
[0073]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種鋯鈦酸鋇鈣薄膜，其特征在于，所述鋯鈦酸鋇鈣薄膜包括基片層、籽晶層和薄膜層，所述籽晶層在所述基片層和薄膜層之間，所述籽晶層和薄膜層的化學通式為Ba(1-X)0已\1';[(1-丫)2巧03，其中叉=0.01?0.16，y = 0.02?0.12。2.如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鋇鈣薄膜，其特征在于，所述基片層為Pt/Ti/Si02/Si襯底、單晶Si襯底、單晶SrT13襯底或單晶LaAlO3襯底。3.如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鋇鈣薄膜，其特征在于，所述籽晶層的厚度為8?40nm，所述薄膜層的厚度為150?600nm。4.一種如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鋇鈣薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a)按權(quán)利要求1所述的化學通式中元素的化學計量比稱取原料:含Ba化合物、含Ca化合物、含Ti化合物和含Zr化合物，將原料溶于乙酸和乙二醇乙醚或乙酸和乙二醇甲醚，用乙酰丙酮為絡合劑配制前驅(qū)體溶液一和前驅(qū)體溶液二，所述前驅(qū)體溶液一的濃度為0.05?0.15M，所述前軀體溶液二的濃度為0.2?0.4M; b)在基片上旋轉(zhuǎn)涂覆所述前驅(qū)體溶液一，然后進行熱處理； c)依據(jù)籽晶層的厚度選擇重復步驟b)的次數(shù)，得到籽晶層的基片； d)將步驟c)得到的基片在籽晶層上旋轉(zhuǎn)涂覆所述前驅(qū)體溶液二，然后進行熱處理； e)依據(jù)薄膜層的厚度選擇重復步驟d)的次數(shù)，然后進行退火，得到所述鋯鈦酸鋇鈣薄膜。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中，旋轉(zhuǎn)涂覆的條件:轉(zhuǎn)速為2000?3000轉(zhuǎn)/秒，時間為20?30秒。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中，熱處理的條件:依次100?200°C處理2?3分鐘，300?400°C處理2?5分鐘，600?700°C處理5?10分鐘。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中，在基片上旋轉(zhuǎn)涂覆之前，先對所述基片進行預處理。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述預處理的條件:600?700°C預處理10?20分鐘。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟d)中，旋轉(zhuǎn)涂覆的條件:轉(zhuǎn)速為2000?3000轉(zhuǎn)/秒，時間為20?30秒。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟d)中，熱處理的條件:依次在100?200°C處理2?5分鐘，400?500°C處理5?10分鐘。11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟e)中，退火的條件:700?750°C退火20?50分鐘。12.—種如權(quán)利要求1至3任一項所述的鋯鈦酸鋇鈣薄膜應用于微機電系統(tǒng)、鐵電存儲系統(tǒng)或多功能集成器件領(lǐng)域。
【文檔編號】H01L41/43GK105977374SQ201610293378
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】李偉, 朱彥, 楊松, 李如月, 徐志軍, 初瑞清, 沈圳, 儀鵬
【申請人】聊城大學