专利名称：一种在玻璃基板上沉积致密钛酸锶钡薄膜的方法
一种在玻璃基板上沉积致密钛酸锶钡薄膜的方法
技术领域：
本发明属于功能材料领域，涉及一种湿化学液相法制备致密化薄膜方法。背景技术：
钛酸锶钡(BaxSivxTiO3)铁电薄膜具有漏电流小、不易疲倦、居里温度可调、热释电系数高、非线性强等特点，可广泛用于动态随机储存器(DRAM)、热释电红外探测器、介质移相器、H2探测器等器件中，是最有应用前景的铁电薄膜材料之一。已有用脉冲激光沉积 (PLD)、磁控溅射、溶胶-凝胶(sol-gel)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)等方法制备 BaxSr1^xTiO3薄膜。脉冲激光沉积法中薄膜均勻性差，难以制得高质量大面积薄膜，且设备昂贵。磁控溅射法中磁控溅射的生长速率慢，薄膜成分通常与靶材有一定偏差。溶胶-凝胶法中薄膜易出现龟裂现象，工艺参数较难掌握。金属有机化学气相沉法的原材料和设备的价格都很昂贵，而且源材料通常有剧毒。而最近受到重视的液相自组装工艺技术则克服了上述一些缺点。简便易行，无须特殊装置，通常以水为溶剂，具有沉积过程和膜结构分子级控制的优点。可以利用连续沉积不同组分，制备膜层间二维甚至三维比较有序的结构，实现膜的光、电、磁等功能。因此，近年来受到广泛的重视。但液相自组装技术制备功能陶瓷薄膜由于靠静电吸附和化学健合作用制备薄膜，作用力较小，存在制备的薄膜致密性低的缺陷， 导致此方法制备的薄膜的介电性能和铁电性能无法测试。因此提供一种技术提高玻璃基板液相自组装制备致密度薄膜的方法成为本领域目前丞待解决的技术问题。
发明内容本发明的目的在于提供一种在玻璃基板上沉积致密钛酸锶钡薄膜的方法，该方法利用真空处理前驱液技术与多次诱导吸附液相自组装法在玻璃基板制备致密钛酸锶钡薄膜，其不但能够达到高表面致密度，而且功能化均勻、处理工艺流程简单、操作方便。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种在玻璃基板上沉积致密钛酸锶钡薄膜的方法，包括以下步骤步骤1 配置前驱液溶液将Ba (NO3)2, Sr (NO3)2, (NH4) 2TiF6，H3BO3分别放入4个烧杯中；然后向4个烧杯中分别加入去离子水，超声波振荡均勻，振荡后将四种溶液倒入一个烧杯中，定容使 Ba(NO3)2 的浓度为 0. 002mol/L, Sr (NO3)2 的浓度为 0. 008mol/L, (NH4)2TiF6 的浓度为0. 01mol/L, H3BO3的浓度为0. 03mol/L ；最后置于磁力搅拌器上搅拌均勻，然后滴加硝酸调节PH值为2. 0 3. 1，使溶液澄清透明即得前驱液溶液；步骤2 将配置好的前驱液溶液联同烧杯放入真空箱中进行真空处理，开启真空泵，真空压力调节为-0. Ig/cm2，抽真空时间为30-60minS，至使前驱液溶液没有气泡排出；步骤3 将有OTS单分子膜的亲水性玻璃基板放入真空处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为50°C，沉积时间为18 Mh，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥 12h ；步骤4 最后将沉积好的薄膜于600°C条件下进行池的退火处理；得到致密的钛酸锶钡薄膜。本发明进一步的改进在于所述方法在步骤3和步骤4之间还包括以下步骤，步骤 3. 1 重复步骤1、2，然后将上一次进行薄膜的自组装生长后的玻璃基板放入真空处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为50°C，沉积时间为18 Mh，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥12h。本发明进一步的改进在于在步骤4退火处理之前，重复步骤3. 1若干次。本发明进一步的改进在于在步骤4退火处理之前，重复步骤3. 1三至四次。为了实现上述目的，本发明还可以采用如下技术方案一种在玻璃基板上沉积致密钛酸锶钡薄膜的方法，包括以下步骤步骤1 配置前驱液溶液将 0. 0002mol Ba (NO3)2，0. 0008mol Sr (NO3)2， 0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分别放入4个烧杯中；然后向4个烧杯中分别加入去离子水，超声波振荡lOmin，振荡后将四种溶液倒入一个烧杯中，定容至IOOml ；最后置于磁力搅拌器上搅拌lOmin，振荡完后取下；滴加稀硝酸调节pH值为3. 1，使溶液澄清透明即得前驱液溶液；步骤2 将配置好的前驱液溶液联同烧杯放入真空箱中，开启真空泵，真空压力调节为-0. Ig/cm2，抽真空时间为45mins，至溶液没有气泡排出；步骤3 将有OTS单分子膜的亲水性玻璃基板放入步骤2处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为50°C，沉积时间为Mh，沉积完成后将玻璃基板在 120°C干燥 12h ；步骤4 重复步骤1、2，将前面吸附有前驱液溶液的玻璃基板置于没有气泡的前驱液中，液相自组装吸附薄膜，沉积温度为50°C，沉积时间为Mh，沉积完成后将玻璃基板在 120°C干燥12h ；重复以上过程三次；步骤5 最后将沉积好的薄膜于600°C条件下进行池的退火处理；得到致密的钛
酸锶钡薄膜。本发明相对于现有技术，其具有以下有益效果本发明方法克服溶胶-凝胶法薄膜易出现龟裂，金属有机化学气相沉法的原材料和设备的价格都很昂贵；脉冲激光沉积法中薄膜均勻性差，磁控溅射法中生长速率慢，现有液相自组装工艺技术薄膜致密性低的缺陷等技术的缺点；利用真空处理前驱液技术与多次诱导吸附液相自组装法在玻璃基板制备出致密的钛酸锶钡薄膜，其不但能够达到高表面致密度，而且功能化均勻、处理工艺流程简单、操作方便。
图1 是本发明制备的钛酸锶钡薄膜XRD图(前驱液抽真空45min，吸附诱导温度为50°C，吸附时间为Mh，吸附三次)；图2 是本发明制备的钛酸锶钡薄膜SEM图(前驱液抽真空45min，吸附诱导温度为50°C，吸附时间为Mh，吸附三次)；图3是本发明制备的钛酸锶钡薄膜SEM图(没有进行前驱液抽真空45min，吸附诱导温度为50°C，吸附时间为Mh，吸附三次)。
具体实施方式
实施例1 步骤1 配置前驱液溶液将 0. 0002mol Ba (NO3)2，0. 0008mol Sr (NO3)2， 0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分别放入4个烧杯中；然后向4个烧杯中分别加入去离子水，超声波振荡lOmin，振荡后将四种溶液倒入一个烧杯中，定容至IOOmL ；最后置于磁力搅拌器上搅拌lOmin，振荡完后取下。滴加稀硝酸调节pH值为3. 1，使溶液澄清透明即得前驱液溶液。步骤2 将配置好的前驱液溶液联同烧杯放入真空箱中，开启真空泵，真空压力调节为-0. Ig/cm2，抽真空时间为45mins，至溶液没有气泡排出；步骤3 将有OTS(octadecyl-trichloro-silane，十八烷基三氯硅烷)单分子膜的亲水性玻璃基板放入步骤2处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为 50°C，沉积时间为Mh，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥12h ；步骤4 重新配制前驱溶液，在真空度为-0. Ig/cm2，抽真空时间为45mins，致溶液没有气泡排出，将前面吸附有前驱液溶液的玻璃基板置于没有气泡的前驱液，液相自组装吸附薄膜，沉积温度为50°C，沉积时间为Mh，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥12h ； 重复以上过程三次；步骤5 最后将沉积好的薄膜于600°C条件下进行池的退火处理；得到致密的钛酸锶钡薄膜。实施例2:步骤1 配置前驱液溶液将 0. 0002mol Ba (NO3)2，0. 0008mol Sr (NO3)2， 0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分别放入4个烧杯中；然后向4个烧杯中分别加入去离子水，超声波振荡lOmin，振荡后将四种溶液倒入一个烧杯中，定容至IOOmL ；最后置于磁力搅拌器上搅拌lOmin，振荡完后取下。滴加稀硝酸调节pH值为2. 0，使溶液澄清透明即得前驱液溶液。步骤2 将配置好的前驱液溶液联同烧杯放入真空箱中，开启真空泵，真空压力调节为-0. Ig/cm2，抽真空时间为60mins，至溶液没有气泡排出；步骤3 将有OTS(octadecyl-trichloro-silane，十八烷基三氯硅烷)单分子膜的亲水性玻璃基板放入步骤2处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为 50°C，沉积时间为20h，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥12h ；步骤4 重新配制前驱溶液，在真空度为-0. Ig/cm2，抽真空时间为60mins，至溶液没有气泡排出，将前面吸附有前驱溶液的玻璃基板置于没有气泡的前驱液，液相自组装吸附薄膜，沉积温度为50°C，沉积时间为20h，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥12h ；重复以上过程四次，步骤5 最后将沉积好的薄膜于600°C条件下进行池的退火处理；得到致密的钛酸锶钡薄膜。实施例3 步骤1 配置前驱液溶液将 0. 0002mol Ba (NO3)2，0. 0008mol Sr (NO3)2，0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分别放入4个烧杯中；然后向4个烧杯中分别加入去离子水，超声波振荡lOmin，振荡后将四种溶液倒入一个烧杯中，定容至IOOmL ；最后置于磁力搅拌器上搅拌lOmin，振荡完后取下。滴加稀硝酸调节pH值为2. 5，使溶液澄清透明即得前驱液溶液。步骤2 将配置好的前驱液溶液联同烧杯放入真空箱中，开启真空泵，真空压力调节为-0. Ig/cm2，抽真空时间为30mins，至溶液没有气泡排出；步骤3 将有OTS(octadecyl-trichloro-silane，十八烷基三氯硅烷)单分子膜的亲水性玻璃基板放入步骤2处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为 50°C，沉积时间为18h，将玻璃基板在120°C干燥12h ；步骤4 重新配制前驱溶液，在真空度为-0. Ig/cm2，抽真空时间为30mins，至溶液没有气泡排出，将前面吸附有前驱溶液的玻璃基板置于没有气泡的前驱液，液相自组装吸附薄膜，沉积温度为50°C，沉积时间为18h，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥12h ；重复以上过程三次；步骤5 最后将沉积好的薄膜于600°C条件下进行池的退火处理；得到致密的钛
酸锶钡薄膜。本发明方法，根据所要制备的钛酸锶钡薄膜的厚度，可以重复液相自组装吸附多次，也可以只进行一次液相自组装吸附。请参阅图1至图3所示，图1为本发明实施例1所制备的钛酸锶钡薄膜XRD图； 图2为本发明实施例1制备的钛酸锶钡薄膜SEM图；图3为没有进行前驱液抽真空制备的钛酸锶钡薄膜SEM图。通过对图1至图3的分析，利用该技术能够使玻璃基板上的钛酸锶钡薄膜达到高表面致密度，而且功能化均勻、处理工艺流程简单、操作方便。经过抽真空处理的玻璃基板(如图幻比没有处理的玻璃基板(如图幻表面颗粒细小，大小均勻，分布致密。通过XRD图分析可知，通过抽真空处理的玻璃基板上的钛酸锶钡衍射峰尖锐，说明结晶度良好。以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种在玻璃基板上沉积致密钛酸锶钡薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1 配置前驱液溶液将Ba (NO3)2，Sr (NO3)2，(NH4)2TiF6, H3BO3分别放入4个烧杯中；然后向4个烧杯中分别加入去离子水，超声波振荡均勻，振荡后将四种溶液倒入一个烧杯中，定容使 Ba(NO3)2 的浓度为 0. 002mol/L, Sr (NO3)2 的浓度为 0. 008mol/L, (NH4)2TiF6 的浓度为0. 01mol/L, H3BO3的浓度为0. 03mol/L ；最后置于磁力搅拌器上搅拌均勻，然后滴加稀硝酸调节PH值为2. 0 3. 1，使溶液澄清透明即得前驱液溶液；步骤2 将配置好的前驱液溶液联同烧杯放入真空箱中进行真空处理，开启真空泵，真空压力调节为-0. Ig/cm2，抽真空时间为30-60mins，至使前驱液溶液没有气泡排出；步骤3 将有OTS单分子膜的亲水性玻璃基板放入真空处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为50°C，沉积时间为18 Mh，沉积完成后将玻璃基板在120°C 干燥1 !；步骤4 最后将沉积好的薄膜于600°C条件下进行池的退火处理；得到致密的钛酸锶钡薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤3和步骤4之间还包括以下步骤步骤3. 1 重复步骤1、2，然后将上一次进行薄膜的自组装生长后的玻璃基板放入真空处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为50°C，沉积时间为18 Mh，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥12h。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤4退火处理之前，重复步骤3.1若干次。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤4退火处理之前，重复步骤3.1三至四次。
5.一种在玻璃基板上沉积致密钛酸锶钡薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤 1:配置前驱液溶液将 0. 0002mol Ba (NO3) 2,0. 0008mol Sr (NO3)2，·0. OOlmol (NH4)2TiF65O. 003mol H3BO3分别放入4个烧杯中；然后向4个烧杯中分别加入去离子水，超声波振荡lOmin，振荡后将四种溶液倒入一个烧杯中，定容至IOOml ；最后置于磁力搅拌器上搅拌lOmin，振荡完后取下；滴加稀硝酸调节pH值为3. 1，使溶液澄清透明即得前驱液溶液；步骤2:将配置好的前驱液溶液联同烧杯放入真空箱中，开启真空泵，真空压力调节为-0. Ig/cm2，抽真空时间为45mins，至溶液没有气泡排出；步骤3 将有OTS单分子膜的亲水性玻璃基板放入步骤2处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长，沉积温度为50°C，沉积时间为Mh，沉积完成后将玻璃基板在120°C干燥 12h ；步骤4 重复步骤1、2，将前面吸附有前驱液溶液的玻璃基板置于没有气泡的前驱液中，液相自组装吸附薄膜，沉积温度为50°C，沉积时间为Mh，沉积完成后将玻璃基板在 120°C干燥12h ；重复以上过程三次；步骤5 最后将沉积好的薄膜于600°C条件下进行池的退火处理；得到致密的钛酸锶钡薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种在玻璃基板上沉积致密钛酸锶钡薄膜的方法，包括以下步骤步骤1配置前驱液溶液；步骤2将配置好的前驱液溶液联同烧杯放入真空箱中进行真空处理，至前驱液溶液没有气泡排出；步骤3将有OTS单分子膜的亲水性玻璃基板放入真空处理后的前驱液溶液中进行薄膜的自组装生长；步骤4最后将沉积好的薄膜于600℃条件下进行2h的退火处理；最终得到致密的钛酸锶钡薄膜。本发明方法利用真空处理前驱液技术与多次诱导吸附液相自组装法在玻璃基板制备出致密的钛酸锶钡薄膜，其不但能够达到高表面致密度，而且功能化均匀、处理工艺流程简单、操作方便。
文档编号C23C26/00GK102534610SQ20121004420
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者程蕾, 谈国强, 韩伟光 申请人:陕西科技大学