专利名称：一种钛酸锶钡铁电薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3)铁电薄膜的制备方法。
背景技术：
铁电钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3，简称BST)薄膜是薄膜电容器、电光器件、热释电红外探测器和探测器阵列、铁电存储器和相移天线等多个领域中的关键材料。作为器件的应用，薄膜材料应具备极其优异的性能致密的结构、高介电常数、低介电损耗、高介电可调率、透光性等等，而且要求这些性能根据器件的开发环境和技术要求具有可调节性。薄膜材料的光、电性能与其本身的结构取向有关，尤其是薄膜的电学性能与其择优取向性密切相关。而传统的薄膜制备工艺、方法是很难实现对BST薄膜进行择优取向的控制。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种钛酸锶钡铁电薄膜的制备方法，该方法能有效的控制BST铁电薄膜的不同择优取向。
本发明提供的技术方案是一种制备钛酸锶钡铁电薄膜的方法，采用高真空磁控溅射技术，在溅射室惰性溅射气体和辅助沉积气体混合气压为2.2Pa-3.9Pa、射频源功率为120W-150W和惰性溅射气体流量为10sccm-16sccm、辅助沉积气体流量为4sccm-8sccm的工艺参数下，利用惰性溅射气体放电产生等离子体轰击钛酸锶钡靶材，产生的靶材粒子由辅助沉积气体补充沉积在衬底基片上，退火得到不同择优取向度为36.57％-87.85％的钛酸锶钡铁电薄膜。
上述溅射气体是惰性气体氩气(Ar)，纯度99.99％。
上述辅助沉积气体可采用氧气(O2)，纯度99.99％。
上述钛酸锶钡靶材是BST陶瓷靶材。
上述退火为将沉积后的薄膜在石英管式炉中从室温以升温速率2℃/min升至750℃保温2小时，冷却至室温。或者将沉积后的薄膜用5秒时间升温到200℃并保持5秒，用10秒时间升温到750℃并保持600秒，用40秒时间升温到400℃并保持40秒，自然冷却至室温。
本发明采用上述方法，制备的BST薄膜具有不同的择优取向性，薄膜的光、电性能也具有可调节性、可控制性。
图1为本发明实施例1制得的BST薄膜的XRD衍射图；图2为本发明实施例2制得的BST薄膜的XRD衍射图；图3为本发明实施例3制得的BST薄膜的XRD衍射图；图4为本发明实施例4制得的BST薄膜的XRD衍射图；具体实施方式
本发明的工艺流程如下1.溅射仪的本底真空抽达1.0×10-5Pa。
2.经气体质量流量计引入高纯Ar、O2，其流量由气体质量流量计控制。
3.基片加热到所需的温度。
4.调节溅射室的闸板阀，控制工作气压。
5.施加射频源，启辉溅射，预溅射15分钟，去除靶材表面的污染物、杂质等。
6.将靶材和基片对准，产生的溅射粒子沉积到基片上形成BST薄膜。
7.沉积后的薄膜在退火炉中退火，最后形成择优取向度为36.57％-87.85％的BST薄膜。
实施例1由机械泵、涡轮分子泵两级泵对射频磁控溅射仪本底抽真空达1.0×10-5Pa，经气体质量流量计将高纯Ar、O2(纯度99.99％)引入溅射仪，高纯Ar、O2流量分别是16sccm、4sccm，其流量由气体质量流量计控制，基片温度600℃，射频源功率是120W，工作气压保持在3.9Pa，施加射频源，启辉溅射，预溅射15分钟，去除靶材表面的污染物、杂质等；将BST陶瓷靶材和基片对准，产生的溅射粒子沉积到基片上形成薄膜。沉积后的薄膜在石英管式炉中从室温以升温速率2℃/min升至750℃保温2小时，冷却至室温取出，得到BST薄膜，制备的BST薄膜是(100)+(200)择优取向，其择优取向度是82.64％，其XRD衍射图如图1所示。
实施例2由机械泵、涡轮分子泵两级泵对射频磁控溅射仪本底抽真空达1.0×10-5Pa，经气体质量流量计将高纯Ar、O2(纯度99.99％)引入溅射仪，高纯Ar、O2流量分别是16sccm、8sccm，其流量由气体质量流量计控制，基片温度600℃，射频源功率是120W，薄膜沉积过程中工作气压维持在3.9Pa。施加射频源，启辉溅射，预溅射15分钟，去除靶材表面的污染物、杂质等；将BST陶瓷靶材和基片对准，产生的溅射粒子沉积到基片上形成薄膜。沉积后的薄膜放在石英管式炉中从室温以升温速率2℃/min升至750℃保温2小时，自然冷却至室温取出。制备的BST薄膜呈(110)+(200)择优取向，其择优取向度是57.69％，其XRD衍射图如图2所示。
实施例3由机械泵、涡轮分子泵两级泵对射频磁控溅射仪本底抽真空达1.0×10-5Pa，经气体质量流量计将高纯Ar、O2(纯度99.99％)引入溅射仪，高纯Ar、O2流量分别是16sccm、8sccm，其流量由气体质量流量计控制，基片温度600℃，射频源功率是120W，薄膜沉积过程中工作气压维持在2.5Pa。施加射频源，启辉溅射，预溅射15分钟，去除靶材表面的污染物、杂质等；将BST陶瓷靶材和基片对准，产生的溅射粒子沉积到基片上形成薄膜。沉积后的薄膜放在石英管式炉中从室温以升温速率2℃/min升至750℃保温2小时，自然冷却至室温取出。制备的BST薄膜是(110)择优取向，其择优取向度是36.57％，其XRD衍射图如图3所示。
实施例4由机械泵、涡轮分子泵两级泵对射频磁控溅射仪本底抽真空达1.0×10-5Pa，经气体质量流量计将高纯Ar、O2(纯度99.99％)引入溅射仪，高纯Ar、O2流量分别是10sccm、5sccm，其流量由气体质量流量计控制，基片温度600℃，射频源功率是150W，薄膜沉积过程中工作气压维持在2.2Pa。施加射频源，启辉溅射，预溅射15分钟，去除靶材表面的污染物、杂质等；将BST陶瓷靶材和基片对准，产生的溅射粒子沉积到基片上形成薄膜。沉积后的薄膜冷却至室温取出放入快速热处理炉在氧气气氛中退火，其退火工艺如表1，用5秒时间升温到200℃并保持5秒，用10秒时间升温到750℃并保持600秒，用40秒时间升温到400℃并保持40秒。制备的BST薄膜的XRD衍射图如图4所示，是(111)择优取向，其择优取向度是87.85％。
表1
权利要求
1.一种钛酸锶钡铁电薄膜的制备方法，其特征是在溅射室惰性溅射气体和辅助沉积气体混合气压为2.2Pa-3.9Pa、射频源功率为120W-150W和惰性溅射气体流量为10sccm-16sccm、辅助沉积气体流量为4sccm-8sccm的工艺参数下，利用惰性溅射气体放电产生等离子体轰击钛酸锶钡靶材，产生的靶材粒子由辅助沉积气体补充沉积在衬底基片上，退火得到择优取向度为36.57％-87.85％的钛酸锶钡铁电薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所用溅射气体为氩气，所用辅助沉积气体为氧气。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所用钛酸锶钡靶材为钛酸锶钡陶瓷靶材。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是上述退火是将沉积后的薄膜在石英管式炉中从室温以升温速率2℃/min升至750℃保温2小时，自然冷却至室温。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是上述退火为将沉积后的薄膜从室温用5秒时间升温到200℃并保持5秒，用10秒时间升温到750℃并保持600秒，用40秒时间升温到400℃并保持40秒，自然冷却至室温。
全文摘要
本发明涉及一种制备钛酸锶钡(Ba
文档编号C23C14/54GK1837401SQ20061001879
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月17日 优先权日2006年4月17日
发明者章天金, 李颂战, 张柏顺 申请人:湖北大学