专利名称：缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铁电薄膜的制备方法。
背景技术：
弛豫铁电陶瓷是功能陶瓷中一类十分引人注目的材料，随着电子信息技术 的高速发展，对多层陶瓷电容器、陶瓷微位移器和驱动器以及微电光机械等的 需求与日俱增，这是目前弛豫铁电陶瓷得以迅速发展的主要原因和背景。另外， 随着铁电存储技术、微光一电子机械和铁电集成电子学的发展，铁电薄膜的制 备和应用的研究已经成为当前新材料研究中的一个十分重要和活跃的领域。在 铁电薄膜的研究过程中，人们发现电极对薄膜的性能有极大的影响，现有多采 用Pt电极作为缓冲层，但Pt电极的抗疲劳特性差，导致现有的铁电薄膜性能 差。
发明内容
本发明的目的为了解决现有方法制备得到的铁电薄膜性能差的问题，而提 供了一种缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法。
本发明缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法按照以下步骤进行 一、按照
重量份数比将1.6 2份的硝酸镧、1~1.2份的乙酸镍和10 30份的乙二醇甲醚 混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03缓冲层溶胶；二、将缓冲层 溶胶滴加到基片上，以1000 2000r/min旋涂5~15s，再以3500 4500r/min 旋涂15~25s后在300 45(TC条件保温4 5min，然后在600 800'C条件下退 火5 15min，冷却至室温即为缓冲层薄膜；三、将铁电氧化物溶胶滴加到缓 冲层薄膜上，以1000 2000r/min旋涂5 15s，再以3500 4500r/min旋涂15 25s 后在300 450。C条件保温4 5min，然后在600 800。C条件下退火5 15min， 冷却至室温即为铁电薄膜。
本发明方法步骤三中铁电薄膜溶胶为Pb(ZrxTi(1-x))03铁电薄膜溶胶或 (l-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)-xPbTi03铁电薄膜溶胶；Pb(ZrxTi(1-x))03中0<x<l ， (1 -x)Pb(Mg1/3Nb2/3)-xPbTi03中0<x< 1 。本发明利用LaNi03导电氧化物作为缓冲层来制备铁电薄膜，LaNiOs导电 氧化物电极中的氧可以扩散到铁电薄膜与电极的接触界面，减少了氧空位在界 面处的形成和积累，提高了铁电薄膜抗疲劳特性，从本发明制作得到的铁电薄 膜的XRD图谱上可以看出，除了基片的Pt(lll)和Pt(200)衍射峰外，制备的铁 电薄膜沿(100)晶向择优取向生长，具有强的织构性，铁电薄膜的介电性和压 电性能好；本发明的制作工艺简单，制作得到的铁电薄膜膜厚均匀一致，且表 面没有裂纹，致密性好，本发明制作得到的铁电薄膜性能好，本发明中可用 YBa2Cu307-x、 SrRu03或LaxSr^C03替代LaNi03导电氧化物作为缓冲层，同 样可以诱导得到铁电薄膜。本发明制作得到的铁电薄膜可与硅技术等集成器件 兼容，应用前景好。
图1为具体实施方式
十四制作得到的铁电薄膜的XRD图谱；图2为具体实施 方式十四LaNi03缓冲层薄膜的SEM表面照片；图3为具体实施方式
十四制作得 到的铁电薄膜的SEM表面照片。
具体实施例方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方 式间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法按照以 下步骤进行 一、按照重量份数比将1.6 2份的硝酸镧、1 1.2份的乙酸镍和 10 30份的乙二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03缓冲 层溶胶；二、将缓冲层溶胶滴加到基片上，以1000 2000r/min旋涂5~15s， 再以3500 4500r/min旋涂15 25s后在300 450。C条件保温4 5min，然后在 600 80(TC条件下退火5 15min，冷却至室温即为缓冲层薄膜；三、将铁电 氧化物溶胶滴加到缓冲层薄膜上，以1000 2000r/min旋涂5 15s，再以3500 4500r/min旋涂15 25s后在300 450。C条件保温4 5min，然后在600 800°C 条件下退火5 15min，冷却至室温即为铁电薄膜。
本实施方式步骤三中铁电氧化物在缓冲层薄膜上的厚度为30 400nm。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中按照重 量份数比将1.7 1.9份的硝酸镧、1.05~1.15份的乙酸镍和15 25份的乙二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03溶胶。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
二不同的是步骤一中按照重 量份数比将1.8份的硝酸镧、1.2份的乙酸镍和20份的乙二醇甲醚混合，然后 搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03溶胶。其它步骤及参数与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤二中缓 冲层在基片上的厚度为40 300nm。其它步骤及参数与具体实施方式
一或二相 同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中缓冲层 溶胶滴加到基片上，以1500r/min旋涂10s，再以4000r/min旋涂20s。其它步 骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一、二或四不同的是步骤三 中铁电薄膜溶胶为Pb(ZrxTi(1.x))03铁电薄膜溶胶或(1 -X)Pb(Mg1/3Nb2/3)-xPbTi03 铁电薄膜溶胶;Pb(ZrxTVx))03中0<x<l, (l-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)-xPbTi03中0<x<l。 其它步骤及参数与具体实施方式
一、二或四相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
六不同的是步骤三中 (l-x)Pb(Mgl/3Nb2/3)-xPbTi03溶胶的制备方法 一 、依照化学式 (l-X)Pb(Mg^Nb2/3)-xPbTi03按1: l/3-l/3x: 2/3-2/3x: x的摩尔比分别称取醋 酸铅、乙酸镁、乙醇铌和钛酸四丁酯，其中0<x<l; 二、按以下比例向3.5g 醋酸铅中加入冰乙酸和乙二醇甲醚，然后室温搅拌10 30min，得溶液A;其 中冰乙酸体积为1.8 2.5mL，乙二醇甲醚的体积为9.0 11.0mL;三、按以下 比例向0.4g的乙酸镁和3.5g乙醇铌混合物中加入冰乙酸和乙二醇甲醚，然后 在60 100。C条件下加热回流搅拌20 60min，得溶液B;其中冰乙酸体积为 1.8 2.5mL，乙二醇甲醚的体积为9.0 11.0mL;四、按以下比例向步骤三的 混合物中加入钛酸四丁酯，然后在60 100"C条件下加热回流搅拌20 60min， 得到C溶液，其中钛酸四丁酯的质量为0.9g;五、按以下比例向A溶液和C 溶液的混合溶液中加入乙酰丙酮，然后室温搅拌10 30min，即得到 (l-x)Pb(Mgv3Nb2,3)-xPbTi03溶胶，乙酰丙酮的质量为0.5~1.2g。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七不同的是步骤三中
x=0.2~0.6。其它步骤及参数与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
七不同的是步骤三中
x=0.31。其它步骤及参数与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一、二、四或六不同的是步
骤三中铁电氧化物溶胶滴加到缓冲层薄膜上，以1500r/min旋涂10s，再以 4000r/min旋涂20s。其它步骤及参数与具体实施方式
一、二、四或六相同。
具体实施方式
十一本实施方式缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法按照 以下步骤进行 一、按照重量份数比将1.7份的硝酸镧、1.2份的乙酸镍和30 份的乙二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03缓冲层溶胶； 二、将缓冲层溶胶滴加到基片上，以1500r/min旋涂10s，再以4000r/min旋涂 10s后在40(TC条件保温4min，然后在70(TC条件下退火10min，冷却至室温 即为缓冲层薄膜；三、铁电氧化物溶胶滴加到缓冲层薄膜上，以1500r/min旋 涂10s，再以4000r/min旋涂10s后在400。C条件保温5min，然后在700。C条件 下退火10min，冷却至室温即为铁电薄膜。
本实施方式步骤二中缓冲层在基片上的厚度为40~300nm。 本实施方式步骤三中铁电薄膜溶胶为Pb(ZrxTi(1-x))03溶胶或 (l-x)Pb(Mgl/3Nb2/3)-xPbTi03溶胶， 其中 Pb(ZrxTi(1_x))03 和 (l-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)-xPbTi03中0<x<l。
具体实施方式
十二本实施方式缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法按照 以下步骤进行 一、按照重量份数比将1.6~2份的硝酸镧、1~1.2份的乙酸镍 和10~0.03份的乙二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03 缓冲层溶胶；二、将缓冲层溶胶滴加到基片上，以2000r/min旋涂13s，再以 4000r/min旋涂13s后在38(TC条件保温5min，然后在800'C条件下退火10min， 冷却至室温即为缓冲层薄膜；三、将铁电氧化物溶胶滴加到缓冲层薄膜上，以 1800r/min旋涂12s，再以4200r/min旋涂19s后在420。C条件保温4min，然后 在68(TC条件下退火12min，冷却至室温即为铁电薄膜。
具体实施方式
十三本实施方式缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法按照以下步骤进行 一、按照重量份数比将L5份的硝酸镧、1.1份的乙酸镍和18
份的乙二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03缓冲层溶胶; 二、将步骤一得到缓冲层溶胶滴加到基片上，以1800r/min旋涂8s，再以 4000r/min旋涂10s后在400"C条件保温4min，然后在700。C条件下退火10min， 冷却至室温即为缓冲层薄膜；三、将铁电氧化物溶胶滴加到缓冲层薄膜上，以 1500r/min旋涂10s，再以4000r/min旋涂10s后在400"C条件保温5min，然后 在70(TC条件下退火10min，冷却至室温即为铁电薄膜。
本实施方式铁电氧化物溶胶为Pb(ZrxTi(1-x))03溶胶，Pb(ZrxTi(1-x))03溶胶 的制备方法记载于由邵春玉在《功能材料与器件学报》上发表的一篇名为《不 同组分PZT压电薄膜的性能》的文章中。
本实施方式步骤三中铁电氧化物在缓冲层薄膜上的厚度为30 400nm。
具体实施方式
十四本实施方式缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法按照 以下步骤进行 一、按照重量份数比将1.8份的硝酸镧、1.1份的乙酸镍和20 份的乙二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03缓冲层溶胶； 二、将缓冲层溶胶滴加到基片上，以2000r/min旋涂13s，再以4000r/min旋涂 13s后在380。C条件保温5min，然后在800。C条件下退火10min，冷却至室温 即为缓冲层薄膜；三、将铁电氧化物溶胶滴加到缓冲层薄膜上，以1800r/min 旋涂12s，再以4200r/min旋涂19s后在420。C条件保温4min，然后在680。C条 件下退火12min，冷却至室温即为铁电薄膜。
本实施方式步骤二中缓冲层在基片上的厚度为200nm。
本实施方式步骤二中(l-X)Pb(Mg^Nb2/3)-xPbTi03铁电薄膜溶胶的制备方 法 一、依照化学式(l-X)Pb(Mgv3Nb2/3)-xPbTi03按1: 1/3-l/3x: 2/3陽2/3x: x
的摩尔比分别称取醋酸铅、乙酸镁、乙醇铌和钛酸四丁酯，其中0〈X〈； 二、
按以下比例向3.5g醋酸铅中加入冰乙酸和乙二醇甲醚，然后室温搅拌10 30min，得溶液A;其中冰乙酸体积为1.8 2.5mL，乙二醇甲醚的体积为9.0 ll.OmL;三、按以下比例向0.4g的乙酸镁和3.5g乙醇铌混合物中加入冰乙酸 和乙二醇甲醚，然后在60 100。C条件下加热回流搅拌20 60min，得溶液B; 其中冰乙酸体积为1.8 2.5mL，乙二醇甲醚的体积为9.0 11.0mL;四、按以 下比例向步骤三的混合物中加入钛酸四丁酯，然后在60 10(TC条件下加热回流搅拌20 60min，得到C溶液，其中钛酸四丁酯的质量为0.9g;五、按以下 比例向A溶液和C溶液混合溶液中加入乙酰丙酮，然后室温搅拌10 30min， 即得到(l-x)Pb(Mg^Nb2/3)-xPbTi03溶胶，乙酰丙酮的质量为0.5~1.2g。
本实施方式制作得到的铁电薄膜的XRD图谱如图1所示，从图1可以看 出，除了基片的Pt(lll)和Pt(200)衍射峰外，制备的铁电薄膜沿(100)晶向择优 取向生长，具有较强的织构性，本实施方式制作得到的铁电薄膜将具有较强的 介电性和压电性能。
本实施方式LaNi03缓冲层薄膜的SEM表面照片如图2所示，从图2可以 看出，缓冲层薄膜的膜厚均匀一致，且表面没有裂纹，致密性好。
本实施方式制作得到的铁电薄膜的SEM表面照片如图3所示，从图3可 以看出，铁电薄膜的膜厚均匀一致，且表面没有裂纹，致密性好。
权利要求
1、缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其特征在于缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法按照以下步骤进行一、按照重量份数比将1.6～2份的硝酸镧、1～1.2份的乙酸镍和10～30份的乙二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNiO3缓冲层溶胶；二、将LaNiO3缓冲层溶胶滴加到基片上，以1000～2000r/min旋涂5～15s，再以3500～4500r/min旋涂15～25s后在300～450℃条件保温4～5min，然后在600～800℃条件下退火5～15min，冷却至室温即为缓冲层薄膜；三、将铁电氧化物溶胶滴加到缓冲层薄膜上，以1000～2000r/min旋涂5～15s，再以3500～4500r/min旋涂15～25s后在300～450℃条件保温4～5min，然后在600～800℃条件下退火5～15min，冷却至室温即为铁电薄膜。
2、 根据权利要求1所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其特征 在于步骤一中按照重量份数比将1.7 1.9份的硝酸镧、1.05 1.15份的乙酸镍和 15 25份的乙二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNi03溶胶。
3、 根据权利要求2所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其特征 在于步骤一中按照重量份数比将1.8份的硝酸镧、1.2份的乙酸镍和20份的乙 二醇甲醚混合，然后搅拌加热至完全溶解；即得到LaNiCV溶胶。3、 根据权利要求1或2所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其 特征在于步骤二中的基片为Si02/Si或Pt/Ti/Si02/Si。
4、 根据权利要求3所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其特征 在于步骤二中缓冲层在基片上的厚度为40~300nm。
5、 根据权利要求l、 2或4所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法， 其特征在于步骤二中缓冲层溶胶滴加到基片上，以1500r/min旋涂10s，再以 4000r/min旋涂20s 。
6、 根据权利要求5所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其特征 在于步骤三中铁电薄膜溶胶为Pb(ZrxTi(1-x))03铁电薄膜溶胶或 (l-x)Pb(Mgl/3Nb2/3)-xPbTi03铁电薄膜溶胶；Pb(ZrxTi(1-x))03中0<x<l ， (l-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)-xPbTi03中0<x<l。
7、 根据权利要求6所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中(l-X)Pb(Mg^Nb2/3)-xPbTi03铁电薄膜溶胶的制备方法 一、依照化学式(l-x)Pb(Mg^Nb2/3)-xPbTi03按1: l/3-i/3x: 2/3-2/3x: x的摩尔比分别称取醋酸铅、乙酸镁、乙醇铌和钛酸四丁酯，其中(KX〈1; 二、按以下比例向3.5g醋酸铅中加入冰乙酸和乙二醇甲醚，然后室温搅拌10 30min，得溶液A; 其中冰乙酸体积为1.8 2.5mL，乙二醇甲醚的体积为9.0 11.0mL;三、按以 下比例向0.4g的乙酸镁和3.5g乙醇铌混合物中加入冰乙酸和乙二醇甲醚，然 后在60 10(TC条件下加热回流搅拌20 60min，得溶液B;其中冰乙酸体积 为1.8 2.5mL，乙二醇甲醚的体积为9.0 11.0mL;四、按以下比例向步骤三 的混合物中加入钛酸四丁酯，然后在60 100'C条件下加热回流搅拌20 60min，得到C溶液，其中钛酸四丁酯的质量为0.9g;五、按以下比例向A溶 液和C溶液的混合溶液中加入乙酰丙酮，然后室温搅拌10 30min，即得到 (l-x)Pb(Mg^Nb2/3)-xPbTi03溶胶，其中乙酰丙酮的质量为0.5~1.2g。
8、 根据权利要求7所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其特征 在于步骤三中x=0.2 0.6。
9、 根据权利要求7所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，其特征 在于步骤三中xi.31。
10、 根据权利要求l、 2、 4或6所述的缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方 法，其特征在于步骤三中铁电氧化物溶胶滴加到缓冲层薄膜上，以1500r/min 旋涂10s，再以4000r/min旋涂20s。
全文摘要
缓冲层诱导织构铁电薄膜的制备方法，它涉及一种铁电薄膜的制备方法。本发明解决了现有方法制备得到的铁电薄膜性能差的问题。方法一、制备LaNiO<sub>3</sub>缓冲层溶胶；二、经旋涂、保温、退火制得缓冲层薄膜；三、将铁电氧化物溶胶滴加到基片上，经旋涂、保温、退火制得铁电薄膜。本发明制备得到的铁电薄膜介电性和压电性能好，本发明的制作工艺简单，本发明制作得到的铁电薄膜与硅技术等集成器件兼容，应用前景好。
文档编号C04B35/462GK101538156SQ200910071930
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者明 冯, 玉 周, 华 柯, 文 王, 贾德昌 申请人:哈尔滨工业大学