一种柔性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的制备方法与流程

文档序号:15457828发布日期:2018-09-15 01:40

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物,尤其涉及一种柔性BTS/BZT/BTS多层 薄膜变容管的制备方法。



背景技术:

柔性电子技术作为一场全新的电子技术革命,是当今最令人激动和最有前景的电子技 术之一,受到学术界和工业界的广泛关注。近年来,发达国家纷纷制定了针对柔性电子的重 大研究计划,如美国FDCASU计划、欧盟第七框架计划、日本TRADIM计划等。我国科 技部也将柔性电子列为重要的科技发展领域。柔性电子以其独特的柔性/延展性、轻便型以 及高效的制造工艺,具有广泛的应用前景。具体可应用于信息领域如柔性电子显示器、可 弯曲折叠手机、柔性射频/微波电路等;能源领域如柔性太阳能电池、锂离子电池等;健康 医疗如人造器官、“人联网”工程;穿戴式智能设备用于航空宇航、深海探测等;军事国 防上柔性电子技术可实现智能皮肤、单兵通信、隐身的功能,提高战场作战的机动性和隐 蔽性。

变容管作为柔性电子技术的一种重要组成器件,其柔性化也愈来越收到关注,并且实 现其柔性化也愈来越迫切。BaZr0.2Ti0.8O3(BZT)薄膜是当前最受关注的介电可调氧化物薄膜 材料,但BZT薄膜的介电损耗较高(≥0.01),限制了其实际应用。BaSn0.15Ti0.85O3(BTS)薄 膜具有高的介电调谐率和更低的介电损耗。因此,本发明将BTS与BZT薄膜复合制备性能 优良的柔性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管,以满足柔性电子技术的应用需求。



技术实现要素:

本发明的目的,在于克服现有技术中介电调谐性能的不足,利用脉冲激光沉积技术, 提供一种性能优良的柔性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种柔性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的制备方法,其包括如下:

(1)将铜箔表面清洗干净放入脉冲激光沉积系统腔体内的样品台上,作为柔性衬底;

(2)将Sb掺杂的SnO2即ATO靶材装入脉冲激光沉积系统的靶头上;靶材与衬底的 距离为40~90mm;

Sb的掺杂的质量百分比含量为0<Sb≤30%;

(3)将脉冲激光沉积系统的本底真空度抽至3.0×10-3Pa以下,通入大于0且小于、 等于50Pa的氧气作为生长气体,衬底温度为200℃到700℃,进行沉积得到50~1000nm 厚的ATO薄膜层;

(4)取出衬底,在ATO层表面用掩模版遮盖,留出底电极位置后,再将其放入脉冲 激光沉积系统的样品台上;

(5)将BTS和BZT靶材分别装入脉冲激光沉积系统的靶头上。

(6)将脉冲激光沉积系统的本底真空抽至1.0×10-3Pa以下,然后加热衬底至 400~700℃,使用0~50Pa的O2作为生长气体,进行沉积得到BTS薄膜层,薄膜厚度为 100~500nm;然后使用0~50Pa的O2作为生长气体,进行沉积得到BZT薄膜层,薄膜厚 度为100nm-500nm;最后再使用0~50Pa的O2作为生长气体,进行沉积得到BTS薄膜层, 薄膜厚度为100~500nm;

(7)取出样品,在BTS薄膜和底电极ATO层表面上利用掩膜版制备金属电极,实现 柔性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的整体制备。

所述步骤(1)的铜箔厚度为1微米-1毫米,纯度≥98%,表面粗糙度≤300纳米。

所述步骤(2)的Sb掺杂的质量百分比含量为3~20%。

所述步骤(2)或步骤(5)的靶材是按照常规制备方法自制或者任意市售的产品。

所述步骤(3)或步骤(6)的ATO、BTS、BZT或BTS薄膜层的厚度通过调节制备 工艺参数或沉积时间来控制。

本发明利用脉冲激光沉积技术制备的柔性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的介电调谐 率≥50%@100kHz,介电损耗≤0.01,在柔性曲率半径为5.0mm时,性能变化率≤10%, 器件性能优良,适合在柔性电子技术中应用。

附图说明

图1是实施例1柔性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的调谐性能图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明,应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的保护范围。

实施例1

(1)将纯度为99%,厚度为100um,表面粗糙度为50nm的铜箔表面清洗干净,并 放入脉冲激光沉积系统腔体内的样品台上,作为柔性衬底。

(2)将12at%Sb掺杂的SnO2靶材装入脉冲激光沉积系统的靶头上,靶材和衬底距离 50mm。

(3)将脉冲激光沉积系统的本底真空度抽至3.0×10-4Pa,使用2Pa的氧气作为沉积气 体,衬底温度为600℃,进行沉积得到200nm厚的ATO薄膜层。

(4)取出衬底,在ATO层表面用掩模版遮盖,留出底电极位置后,再将其放入脉冲 激光沉积系统内的样品台上。

(5)将采用固相烧结法制备BTS和BZT靶材分别装入脉冲激光沉积系统的靶头上, 所用原料SnO2、BaCO3、TiO2和ZrO2的纯度均在99%以上。

(6)将脉冲激光沉积系统的本底真空抽至3.0×10-4Pa,然后加热衬底至700℃;使用 15Pa的氧气作为生长气体,进行沉积得到150纳米厚的BTS薄膜层;然后使用15Pa的 氧气作为生长气体,进行沉积得到150纳米厚的BZT薄膜层;最后再使用15Pa的氧气作 为生长气体,进行沉积得到150纳米厚的BTS薄膜层。

7.取出制品,在BTS薄膜和底电极ATO表面上利用掩膜版制备金属电极,实现柔性 BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的制备,最后进行介电调谐和柔性性能测试。

图1揭示了实施例1的柔性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的调谐性能,由图中可以 看出变容管的调谐率为61%,介电损耗为0.0049。在曲率半径为5.0mm时,其调谐率为 58%,介电损耗为0.0051。

实施例2

(1)将纯度为99%,厚度为100um,表面粗糙度为100nm的铜箔表面清洗干净,并 放入脉冲激光沉积系统腔体内的样品台上作为柔性衬底

(2)将12at%Sb掺杂的SnO2靶材装入脉冲激光沉积系统的靶头上,靶材和衬底距离 80mm。

(3)将脉冲激光沉积系统的本底真空度抽至9.0×10-4Pa,使用1Pa的氧气作为沉积气 体,衬底温度为700℃,进行沉积得到300nm厚的ATO薄膜层。

(4)取出衬底,在ATO层表面用掩模版遮盖,留出底电极位置后,再将其放入脉冲 激光沉积系统内的样品台上。

(5)将采用固相烧结法制备BTS和BZT靶材分别装入脉冲激光沉积系统的靶头上, 所用原料SnO2、BaCO3、TiO2和ZrO2的纯度均在99%以上。

(6)将脉冲激光沉积系统的本底真空抽至8.0×10-4Pa,然后加热衬底至650℃;使用 5Pa的氧气作为生长气体,进行沉积得到100纳米厚的BTS薄膜层;然后使用5Pa的氧 气作为生长气体,进行沉积得到100纳米厚的BZT薄膜层;最后再使用5Pa的氧气作为 生长气体,进行沉积得到100纳米厚的BTS薄膜层。

(7)取出制品,在BTS薄膜和底电极ATO表面上利用掩膜版制备金属电极,实现柔 性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的制备,最后进行介电调谐和柔性性能测试。

实施例2变容管的调谐率为69%,介电损耗为0.019。在曲率半径为5.0mm时,其调 谐率为67%,介电损耗为0.021。

实施例3

(1)将纯度为99%,厚度为100um,表面粗糙度为50nm的铜箔表面清洗干净,并 放入脉冲激光沉积系统腔体内的样品台上作为柔性衬底。

(2)将12at%Sb掺杂的SnO2靶材装入脉冲激光沉积系统的靶头上,靶材和衬底距离50mm。

(3)将脉冲激光沉积系统的本底真空度抽至3.0×10-4Pa,使用2Pa的氧气作为沉积气 体,衬底温度为600℃,进行沉积得到200nm厚的ATO薄膜层。

(4)取出衬底,在ATO层表面用掩模版遮盖,留出底电极位置后,再将其放入脉冲 激光沉积系统内的样品台上。

(5)将采用固相烧结法制备BTS和BZT靶材分别装入脉冲激光沉积系统的靶头上, 所用原料SnO2、BaCO3、TiO2和ZrO2的纯度均在99%以上。

(6)将脉冲激光沉积系统的本底真空抽至3.0×10-4Pa,然后加热衬底至700℃;使用 50Pa的氧气作为生长气体,进行沉积得到200纳米厚的BTS薄膜层;然后使用50Pa的 氧气作为生长气体,进行沉积得到200纳米厚的BZT薄膜层;最后再使用50Pa的氧气作 为生长气体,进行沉积得到200纳米厚的BTS薄膜层。

(7)取出制品,在BTS薄膜和底电极ATO表面上利用掩膜版制备金属电极,实现柔 性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的制备,最后进行介电调谐和柔性性能测试。

实施例3变容管的调谐率为51%,介电损耗为0.0047。在曲率半径为5.0mm时,其 调谐率为46%,介电损耗为0.0052。

实施例4

(1)将纯度为99%,厚度为100um,表面粗糙度为500nm的铜箔表面清洗干净,并 放入脉冲激光沉积系统腔体内的样品台上作为柔性衬底。

(2)将12at%Sb掺杂的SnO2靶材装入脉冲激光沉积系统的靶头上,靶材和衬底距离 50mm。

(3)将脉冲激光沉积系统的本底真空度抽至1.0×10-4Pa,使用8Pa的氧气作为沉积 气体,衬底温度为700℃,进行沉积得到500nm厚的ATO薄膜层。

(4)取出衬底,在ATO层表面用掩模版遮盖,留出底电极位置后,再将其放入脉冲 激光沉积系统内的样品台上。

(5)将采用固相烧结法制备BTS和BZT靶材分别装入脉冲激光沉积系统的靶头上, 所用原料SnO2、BaCO3、TiO2和ZrO2的纯度均在99%以上。

(6)将脉冲激光沉积系统的本底真空抽至3.0×10-4Pa,然后加热衬底至700℃;使用 15Pa的氧气作为生长气体,进行沉积得到400纳米厚的BTS薄膜层;然后使用20Pa的 氧气作为生长气体,进行沉积得到400纳米厚的BZT薄膜层;最后再使用20Pa的氧气作 为生长气体,进行沉积得到400纳米厚的BTS薄膜层。

(7)取出制品,在BTS薄膜和底电极ATO表面上利用掩膜版制备金属电极,实现柔 性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的制备,最后进行介电调谐和柔性性能测试。

实施例4变容管的调谐率为53%,介电损耗为0.0071。在曲率半径为5.0mm时,其 调谐率为46%,介电损耗为0.0078。

实施例5

(1)将纯度为99%,厚度为100um,表面粗糙度为500nm的铜箔表面清洗干净,并 放入脉冲激光沉积系统腔体内的样品台上作为柔性衬底。

(2)将SnO2靶材装入脉冲激光沉积系统的靶头上,靶材和衬底距离50mm。

(3)将脉冲激光沉积系统的本底真空度抽至1.0×10-4Pa,在真空下进行沉积,衬底温 度为700℃,进行沉积得到500nm厚的ATO薄膜层。

(4)取出衬底,在ATO层表面用掩模版遮盖,留出底电极位置后,再将其放入脉冲 激光沉积系统内的样品台上。

(5)将采用固相烧结法制备BTS和BZT靶材分别装入脉冲激光沉积系统的靶头上, 所用原料SnO2、BaCO3、TiO2和ZrO2的纯度均在99%以上。

(6)将脉冲激光沉积系统的本底真空抽至3.0×10-4Pa,然后加热衬底至700℃;在真 空下进行沉积得到400纳米厚的BTS薄膜层;然后在真空下进行沉积得到400纳米厚的 BZT薄膜层;最后在真空下进行沉积得到400纳米厚的BTS薄膜层。

(7)取出制品,在BTS薄膜和底电极ATO表面上利用掩膜版制备金属电极,实现柔 性BTS/BZT/BTS多层薄膜变容管的制备,最后进行介电调谐和柔性性能测试。

实施例5变容管的调谐率为59%,介电损耗为0.01。在曲率半径为5.0mm时,其调 谐率为56%,介电损耗为0.011。

再多了解一些
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