一種鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料及其制備方法，該材料由周期性生長的鐵電性材料鋯鈦酸鉛和金屬導(dǎo)電性氧化物材料釕酸鍶所構(gòu)成。本發(fā)明鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料的優(yōu)點為：介電常數(shù)與純PZT薄膜相比增加了2～10倍；并且具有良好的鐵電極化性能，其飽和極化值高于純PZT薄膜，可以達到80μC/cm2。該材料的制備方法是利用脈沖激光沉積法在單晶基板上交替生長釕酸鍶和鋯鈦酸鉛，通過控制激光轟擊不同靶材的時間，精確地調(diào)控超晶格的周期厚度。該鐵電超晶格材料在傳感器、存儲器等集成鐵電器件上具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)存儲材料、功能材料和智能材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋯鈦酸鉛/釕酸鎖鐵電超晶格材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵電薄膜具有優(yōu)良的鐵電性、壓電性、光電性和介電性等性能，在存儲器件、晶體場效應(yīng)管、聲表面波器件等鐵電集成微電子領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。然而，隨著鐵電薄膜的厚度減小，薄膜的電學(xué)性能會逐漸減弱，這限制了鐵電薄膜在微電子器件的應(yīng)用。
[0003]人們發(fā)現(xiàn)將鐵電材料與其他氧化物材料交替性生長，制備成鐵電超晶格材料，能夠大大地增強鐵電薄膜的電學(xué)性能，成為一種有別于純鐵電材料的“新型”鐵電材料。所以，鐵電超晶格材料及其制備和應(yīng)用也得到了越來越多的關(guān)注。通常，在鐵電超晶格的構(gòu)成材料中，除了鐵電材料，人們常選用絕緣材料作為另一種母材，比如SrT13XaT1 3等。盡管，這可以減小超晶格材料的漏電流，但也限制了人們對超晶格材料的母材的選擇、以及開發(fā)超晶格材料的其他功能特性。因此，為了擴展鐵電超晶格的母材的選用范圍和獲得高性能的鐵電超晶格材料，我們選擇金屬導(dǎo)電性氧化物作為鐵電超晶格的母材之一。釕酸鍶是一種被廣泛研究的金屬導(dǎo)電性氧化物，常被用于鐵電薄膜的電極材料。釕酸鍶與鐵電材料具有相同的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，而且晶格常數(shù)相近。因此，釕酸鍶與鐵電材料可以相互外延生長。
[0004]另外，我們之所以選擇鋯鈦酸鉛作為鐵電超晶格的母材之一，是因為鋯鈦酸鉛具有大的鐵電剩余極化、高介電常數(shù)，高的居里溫度和較小的矯頑力等優(yōu)點，作為一種重要的鐵電材料在工業(yè)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在用脈沖激光沉積法制備鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料的過程中，通過控制脈沖激光轟擊各自靶材的時間，可以精確地調(diào)控鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的周期厚度，使該鐵電超晶格材料在室溫下具有高的鐵電和介電性能等。鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料及其制備技術(shù)，可與微機電加工和集成電路技術(shù)兼容，因此在高密度存儲器、傳感器和致動器等微電子器件方面將具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料及其制備方法。該材料由周期性生長的鐵電性材料鋯鈦酸鉛和金屬導(dǎo)電性氧化物材料釕酸鍶所構(gòu)成，該材料的優(yōu)點為:介電常數(shù)與純PZT薄膜相比增加了 2?10倍;并且具有良好的鐵電極化性能，其飽和極化值高于純PZT薄膜，可以達到80yC/cm2。同時采用脈沖激光沉積法制備鐵電超晶格材料，其特點是工藝簡單，超晶格材料的晶體取向可控，周期厚度可精確調(diào)控。該鐵電超晶格材料在集成鐵電器件等微電子領(lǐng)域的應(yīng)用方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明具體提供了一種鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料包含鐵電性材料Pb(ZrQ.52TiQ.48)03(簡略為PZT)和金屬導(dǎo)電性氧化物材料SrRuO3(簡略為SR0)。
[0007]本發(fā)明所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料具有(001)面取向，其中鋯鈦酸鉛和釕酸鍶皆呈現(xiàn)層狀生長。
[0008]本發(fā)明所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料由鋯鈦酸鉛層和釕酸鍶層交替排列而形成周期性的微觀組織結(jié)構(gòu)，可表示為PZT-x/SRO-y，其中:X代表PZT的周期厚度，為2-16個晶胞，即每個周期中鋯鈦酸鉛厚度為2?16個單胞;y代表SRO的周期厚度，為1-3個晶胞，即每個周期中釕酸鍶的厚度為I?3個單胞。重復(fù)周期為20?90，薄膜的總厚度約為100-150nm(優(yōu)選140nm)。
[0009]本發(fā)明所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料生長在氧化物單晶基片(如SrTi03、LaA103和MgO)上，優(yōu)選為0.7wt.%Nb-SrTi03單晶基片。
[0010]本發(fā)明所述超晶格材料的鐵電和介電性能可以通過控制鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的周期厚度來調(diào)節(jié)。當(dāng)鋯鈦酸鉛的厚度大于8個單胞時，該鐵電超晶格材料的極化性能得到增強，剩余極化值高于41yC/cm2，飽和極化值高于純錯鈦酸鉛薄膜，可以達到80yC/cm2 ；當(dāng)錯鈦酸鉛的厚度小于8個單胞時，該鐵電超晶格材料的介電性能得到增強，在1kHz時，其介電常數(shù)是純錯鈦酸鉛薄膜的2?10倍。
[0011 ]本發(fā)明還提供了所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下:
[0012](I)、把鋯鈦酸鉛和釕酸鍶靶材安放在脈沖激光沉積設(shè)備的沉積室中，利用脈沖激光沉積方法制備鐵電超晶格材料，其中，鋯鈦酸鉛摩爾比Pb:Zr:T1:0=l.1:0.52:0.48:3,舒酸鎖摩爾比Sr: Ru:0 = 1:1:3；
[0013](2)、在基片上沉積釕酸鍶電極層:在基片溫度為750°C和5Pa氧壓的條件下，利用脈沖激光轟擊釕酸鍶靶材，在氧化物單晶基片上沉積的釕酸鍶薄膜導(dǎo)電層(沉積厚度需超過10nm，優(yōu)選厚度為14nm);同意
[0014](3)、在步驟(2)所得基片或0.7wt.^Nb-SrT13單晶基片上生長鋯鈦酸鉛/釕酸鍶超晶格材料:將基片溫度降為650°C，氧壓保持在5Pa，用脈沖激光交替轟擊釕酸鍶靶材和鋯鈦酸鉛靶材，通過精確控制釕酸鍶的沉積時間(5秒?15秒)，使得釕酸鍶的厚度為I?3個單胞(優(yōu)選2個單胞)，控制鋯鈦酸鉛的沉積時間(5秒?40秒)，使得鋯鈦酸鉛的厚度2?16個單胞；
[0015](4)、通過重復(fù)步驟(3)過程(優(yōu)選20?90次)，保證制備超晶格的總厚度約為140nmo
[0016]本發(fā)明所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)、
(3)、(4)中，激光能量為I?1.2J/cm2，靶材與基片間的距離為4cm。
[0017]其中作為優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0018]步驟(2)中，所述的基片用丙酮和乙醇清洗，然后升溫至750°C保溫60分鐘;沉積底電極釕酸鍶薄膜的激光能量為1.0?1.2J/cm2，激光頻率為2Hz，靶材與基板間的距離為4cm ο
[0019]步驟(3)中，用激光照射鋯鈦酸鉛和釕酸鍶靶材的激光頻率為5Hz，能量密度為1.0?1.2J/cm2，使得鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的生長速度分別為0.4個單胞/秒和0.2個單胞/秒。
[0020]步驟(3)中，當(dāng)脈沖激光照射鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的時間分別為40秒和10秒時，此時得到PZT-16/SR0-2超晶格材料，其每個周期包含16個鋯鈦酸鉛單胞和2個釕酸鍶單胞，步驟(4)中的重復(fù)次數(shù)為20次。
[0021]步驟(3)中，當(dāng)脈沖激光照射鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的時間分別為30秒和10秒時，此時得到PZT-12/SR0-2超晶格材料，其每個周期包含12個鋯鈦酸鉛單胞和2個釕酸鍶單胞，步驟(4)中的重復(fù)次數(shù)為24次。
[0022]步驟(3)中，當(dāng)脈沖激光照射鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的時間分別為20秒和10秒時，此時得到PZT-8/SR0-2超晶格材料，其每個周期包含8個鋯鈦酸鉛單胞和2個釕酸鍶單胞，步驟(4)中的重復(fù)次數(shù)為34次。
[0023]步驟(3)中，當(dāng)脈沖激光照射鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的時間分別為10秒和10秒時，此時得到PZT-4/SR0-2超晶格材料，其每個周期包含4個鋯鈦酸鉛單胞和2個釕酸鍶單胞，步驟
(4)中的重復(fù)次數(shù)為57次。
[0024]步驟(3)中，當(dāng)脈沖激光照射鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的時間分別為5秒和10秒時，此時得到PZT-2/SR0-2超晶格材料，其每個周期包含2個鋯鈦酸鉛單胞和2個釕酸鍶單胞，步驟
(4)中的重復(fù)次數(shù)為90次。
[0025]步驟(3)和(4)中，在交替生長釕酸鍶和鋯鈦酸鉛時，保證每生長一層薄膜間歇時間為30秒。
[0026]步驟(4)中，成膜結(jié)束后，制備得到的鐵電超晶格材料在5X 14Pa高純氧下650°C保溫30分鐘，然后以2°C/min的速率冷卻到室溫。
[0027]為了測試其電學(xué)性能，可采用真空濺射技術(shù)在鐵電超晶格表面鍍金電極，金電極的面積為0.1963mm2 ο
[0028]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明采用脈沖激光沉積法制備鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料。該材料中鐵電層和金屬氧化物層為層狀外延生長，而且兩層的厚度可精確地調(diào)控，具有制備工藝簡單等優(yōu)點。通過控制鋯鈦酸鉛和釕酸鍶的各自周期厚度，使該鐵電超晶格材料在室溫下具有優(yōu)異的介電和鐵電性能，因此在高性能的鐵電數(shù)據(jù)存儲器、傳感器等微電子器件上具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明在SrRu03/SrTi03基片上制得的PZT-12/SR0-2超晶格結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明在SrRu03/SrTi03基片上制得的PZT-12/SR0-2超晶格極化強度與外加電壓的關(guān)系圖；
[0031]圖3為本發(fā)明在0.7 ^Nb-SrT13基片上制得的PZT-8/SR0-2超晶格結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明在0.7%Nb-SrTi03基片上制得的PZT-8/SR0-2超晶格X射線衍射圖；
[0033]圖5為本發(fā)明在0.7%Nb-SrTi03基片上制得的PZT-8/SR0-2超晶格和PZT-2/SR0-2超晶格介電常數(shù)與頻率的關(guān)系圖；
[0034]圖6為本發(fā)明在0.7%恥-5^丨03基片上制得的？21'-8/51?0-2超晶格極化強度與外加電壓的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0035]本發(fā)明實施例采用的靶材為鋯鈦酸鉛和釕酸鍶靶材，其中，鋯鈦酸鉛摩爾比Pb:Zr:T1:0 = I.1:0.52:0.48:3，iI了酸鎖摩爾比Sr:Ru:0 = 1: 1: 3。
[0036]實施例1
[0037](PZT-12/SR0-2) /SR0/ST0 鐵電超晶格材料
[0038](I)將SrT13(OOl)基片在丙酮和酒精中微波超聲清洗20分鐘，然后將基片在真空中加熱到750°C，保溫60分鐘退火；
[0039](2)用脈沖激光沉積法在沉積溫度7500C和氧壓5Pa的條件下，在SrT13(001)基片上沉積厚度為14nm的釕酸鍶層；
[0040](3)沉積溫度降到650°C和氧壓維持為5Pa的條件下，用激光轟擊鋯鈦酸鉛靶材，在釕酸鍶層上沉積厚度為12個單胞的鋯鈦酸鉛層。然后，將靶材轉(zhuǎn)換為釕酸鍶，用激光轟擊釕酸鍶靶材，在鋯鈦酸鉛層上沉積厚度為2個單胞的釕酸鍶層。
[0041 ] (4)重復(fù)(3)過程24次，制得PZT-12/SR0-2鐵電超晶格材料。
[0042](5)為了測試電學(xué)性能，采用真空濺射技術(shù)在超晶格材料表面沉積金電極，其面積為0.1963mm2ο
[0043]所得PZT-12/SR0-2超晶格材料的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，具有(001)面的晶體取向，超晶格中釕酸鍶的厚度為2個單胞，鋯鈦酸鉛的厚度為12個單胞。該超晶格材料具有較高的極化性能，飽和極化值約80yC/cm2(見圖2)，超晶格具有較高的介電性能，在1KHz時，薄膜的介電損耗為0.07，介電常數(shù)達到1070，比純PZT介電常數(shù)增加了近400%。
[0044]實施例2
[0045](PZT-12/SR0_1)/SR0/ST0 鐵電超晶格材料
[0046]I)將SrT13(OOl)基片在丙酮和酒精中微波超聲清洗20分鐘，然后將基片在真空中加熱到750°C，保溫60分鐘退火；
[0047](2)用脈沖激光沉積法在沉積溫度750 0C和氧壓5Pa的條件下，在SrT13 (001)基片上沉積厚度為20nm的釕酸鍶層；
[0048](3)沉積溫度降到650°C和氧壓維持為5Pa的條件下，用激光轟擊鋯鈦酸鉛靶材，在釕酸鍶層上沉積厚度為12個單胞的鋯鈦酸鉛層。然后，將靶材轉(zhuǎn)換為釕酸鍶，用激光轟擊釕酸鍶靶材，在鋯鈦酸鉛層上沉積厚度為I個單胞的釕酸鍶層。
[0049 ] (4)重復(fù)(3)過程25次，制得PZT-12/SR0-1鐵電超晶格材料。
[0050](5)為了測試電學(xué)性能，采用真空濺射技術(shù)在超晶格材料表面沉積金電極，其面積為0.1963mm2ο
[0051 ]所得PZT-12/SR0-1超晶格超晶格材料是(001)面的晶體取向，超晶格中釕酸鍶的厚度為I個單胞，鋯鈦酸鉛的厚度為12個單胞。該超晶格材料具有較高介電性能，測試頻率為1kHz時，介電損耗為0.08，介電常數(shù)相對于純PZT薄膜增加了近200%，但遠(yuǎn)小于PZT-12/SR0-2超晶格。該超晶格材料的具有較高的極化性能，剩余極化為33yC/cm2，飽和極化值約60yC/cm2。
[0052] 實施例3
[0053 ] (PZT-12/SR0-3) /SR0/ST0 鐵電超晶格材料
[0054](I)將SrT13(OOl)基片在丙酮和酒精中微波超聲清洗20分鐘，然后將基片在真空中加熱到750°C，保溫60分鐘退火；
[0055](2)用脈沖激光沉積法在沉積溫度750 0C和氧壓5Pa的條件下，在SrT13 (001)基片上沉積厚度為14nm的釕酸鍶層；
[0056](3)沉積溫度降到650°C和氧壓維持為5Pa的條件下，用激光轟擊鋯鈦酸鉛靶材，在釕酸鍶層上沉積厚度為12個單胞的鋯鈦酸鉛層。然后，將靶材轉(zhuǎn)換為釕酸鍶，用激光轟擊釕酸鍶靶材，在鋯鈦酸鉛層上沉積厚度為3個單胞的釕酸鍶層。
[0057](4)重復(fù)(3)過程22次，制得PZT-12/SR0-3鐵電超晶格材料。
[0058](5)為了測試電學(xué)性能，采用真空濺射技術(shù)在超晶格材料表面沉積金電極，其面積為0.1963mm2ο
[0059]所得PZT-12/SR0-3超晶格材料具有(001)面的晶體取向，超晶格中釕酸鍶的厚度為3個單胞，鋯鈦酸鉛的厚度為12個單胞。該超晶格材料具有的極化性能，相對于PZT-12/SR0-2超晶格材料，飽和極化值降低了近20yC/cm2。同時，超晶格漏電流增加近3個數(shù)量級。
[0060]實施例4
[0061 ] (PZT-2/SR0_2)/NST0 鐵電超晶格材料
[0062](I)將0.7^Nb-SrT13(001)基片在丙酮和酒精中微波超聲清洗20分鐘，然后將基片在真空中加熱到750°C，保溫60分鐘退火；
[0063](2)將沉積溫度降到650°C，控制氧壓為5Pa，用激光轟擊釕酸鍶靶材，在基片上沉積厚度為2個單胞的釕酸鍶層。然后，將靶材轉(zhuǎn)換為鋯鈦酸鉛，并用激光轟擊鋯鈦酸鉛靶材，在釕酸鍶層上沉積厚度為2個單胞的鋯鈦酸鉛層；
[0064](3)重復(fù)(2)過程90次，制得PZT-2/SR0-2鐵電超晶格材料。
[0065](4)為了測試電學(xué)性能，采用真空濺射技術(shù)在超晶格材料表面沉積金電極，其面積為0.1963mm2ο
[0066]所得PZT-2/SR0-2超晶格材料中釕酸鍶的厚度為2個單胞，鋯鈦酸鉛的厚度約為2個單胞，具有(001)面的晶體取向。該超晶格材料的介電性能，在1kHz時，與純鋯鈦酸鉛薄膜對比至少提高了 10倍(見圖5)。
[0067]實施例5
[0068](PZT-8/SR0_2)/NST0 鐵電超晶格材料
[0069](I)將0.7 ^Nb-SrT13 (001)基片在丙酮和酒精微波超聲清洗20分鐘，然后將基片在真空中加熱到750°C，保溫60分鐘退火；
[0070](2)在沉積溫度650 0C和氧壓5Pa的條件下，用激光轟擊釕酸鍶靶材，在0.7 %Nb-SrT13(OOl)基片上沉積厚度為2個單胞的釕酸鍶層。然后，將靶材轉(zhuǎn)換為鋯鈦酸鉛，用激光轟擊鋯鈦酸鉛靶材，在釕酸鍶層上沉積厚度為8個單胞的鋯鈦酸鉛層；
[0071](3)重復(fù)(2)過程34次，制得PZT-8/SR0-2超晶格材料。該材料的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3，具有(001)面的晶體取向(見圖4)，該周期厚度的超晶格材料的介電常數(shù)達到了710，與純鋯鈦酸鉛薄膜對比增加近3倍(見圖5)，而且其剩余極化值高于41yC/cm2，飽和極化值高于80μC/cm2(見圖6) ο
[0072]實施例6
[0073 ] (PZT-16/SR0-2) /NSTO 鐵電超晶格材料
[0074](I)將0.7 ^Nb-SrT13 (001)基片在丙酮和酒精微波超聲清洗20分鐘，然后將基片在真空中加熱到750°C，保溫60分鐘退火；
[0075](2)在沉積溫度650 0C和氧壓5Pa的條件下，用激光轟擊釕酸鍶靶材，在0.7 %Nb-SrT13(OOl)基片上沉積厚度為2個單胞的釕酸鍶層。然后，將靶材轉(zhuǎn)換為鋯鈦酸鉛，用激光轟擊鋯鈦酸鉛靶材，在釕酸鍶層上沉積厚度為16個單胞的鋯鈦酸鉛層；
[0076](4)重復(fù)(3)過程20次，制得PZT-16/SR0-2超晶格材料。該材料的結(jié)構(gòu)具有(001)面的晶體取向，該周期厚度的超晶格材料的介電常數(shù)達到了610，與純鋯鈦酸鉛薄膜對比增加近2倍，而且其剩余極化值高于41yC/cm2，飽和極化值高于80yC/cm2。
[0077]對比例I
[0078]PZT/LCM0/NST0 鐵電薄膜材料
[0079](I)將0.7^Nb-SrT13(OOl)基片放在丙酮和酒精中微波超聲清洗20分鐘，然后，在真空中將0.7%Nb-SrTi03(001)基片加熱到750°C保溫30分鐘退火；
[0080](2)用脈沖激光沉積法在沉積溫度750 0C和氧壓40Pa的條件下，在0.7 %Nb-SrT13
(001)基片上沉積4nm的鑭鈣錳氧層作為底電極層；
[0081](3)將沉積溫度降低到650°C，氧壓降低到5Pa，在鑭鈣錳氧層上沉積120nm的鋯鈦酸鉛薄膜；
[0082](4)采用真空濺射技術(shù)在鋯鈦酸鉛薄膜表面沉積金電極，其面積為0.1963mm2。
[0083]制備得到的鋯鈦酸鉛薄膜具有(001)面的晶體取向。在1kHz時，該鋯鈦酸鉛薄膜的介電常數(shù)為290，飽和極化值為67yC/cm2。與此對比，鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格的介電常數(shù)增加了 2?10倍，且鐵電極化性能明顯增強，飽和極化可以達到80yC/cm2，漏電流降低了 2?3個數(shù)量級。
[0084]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種錯欽酸鉛/I了酸鎖鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料包含鐵電性材料Pb (Zr0.52T1.48) O3和金屬導(dǎo)電性氧化物材料SrRuO3。2.按照權(quán)利要求1所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料具有(001)面取向，呈現(xiàn)層狀生長。3.按照權(quán)利要求1所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料表示為PZT-x/SRO-y，其中:PZT代表Pb(ZrQ.52TiQ.48)O3，x代表PZT的周期厚度，為2-16個晶胞;SRO代表SrRuO3，y代表SRO的周期厚度，為1_3個晶胞。4.按照權(quán)利要求1所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料生長在氧化物單晶基片上。5.按照權(quán)利要求1所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料生長在0.7wt.^Nb-SrT13單晶基片上。6.按照權(quán)利要求1-5任一所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料，其特征在于:該鐵電超晶格材料的厚度為100-150nmo7.—種權(quán)利要求1所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: (I )、把鋯鈦酸鉛和釕酸鍶靶材安放在脈沖激光沉積設(shè)備的沉積室中，利用脈沖激光沉積方法制備鐵電超晶格材料，其中，鋯鈦酸鉛摩爾比Pb: Zr: T1: 0= 1.1: 0.52:0.48: 3，釕酸鍶摩爾比 Sr: Ru:0 = 1:1:3; (2)、在基片上沉積釕酸鍶電極層:在基片溫度為750°C和5Pa氧壓的條件下，利用脈沖激光轟擊釕酸鍶靶材，在氧化物單晶基片上沉積的釕酸鍶薄膜導(dǎo)電層； (3)、在步驟(2)所得基片或0.7wt.%Nb-SrT13單晶基片上生長鋯鈦酸鉛/釕酸鍶超晶格材料:將基片溫度降為6500C，氧壓保持在5Pa，用脈沖激光交替轟擊釕酸鍶靶材和鋯鈦酸鉛靶材，把釕酸鍶的厚度控制在I?3個單胞，鋯鈦酸鉛的厚度控制在2?16個單胞； (4)、通過重復(fù)步驟(3)過程，保證制備超晶格的總厚度為140nm。8.按照權(quán)利要求7所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)、( 3)、( 4)中，激光能量為I?1.2J/cm2，靶材與基片間的距離為4cm。9.按照權(quán)利要求7所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料的制備方法，其特征在于:在交替生長鋯鈦酸鉛層和釕酸鍶層時，保證間歇時間為30秒。10.按照權(quán)利要求7所述鋯鈦酸鉛/釕酸鍶鐵電超晶格材料的制備方法，其特征在于:步驟(4)中，成膜結(jié)束后，將制備得到的超晶格材料在5 X 14Pa的高純氧氣下原位退火30分鐘，然后，以2°C/min的速率冷卻到室溫。
【文檔編號】H01L41/187GK106058039SQ201610561254
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】王占杰, 何斌
【申請人】中國科學(xué)院金屬研究所