专利名称：锡钛酸钡铁电薄膜的制备方法
技术领域：
本发明属于锡钛酸钡铁电薄膜的制备方法技术领域。
背景技术：
钛酸锶钡系(Ba，Sr)TiO3(BST)铁电薄膜由于其在超大集成规模集成电路的应用成为国际铁电薄膜研究的一个热点，但是BST薄膜存在低电场下漏电流较大的缺陷。作为BST的替代材料有(Ba1-xSrx)(Ti1-yZry)O3(BSTZ)、Ba(Zr，Ti)O3(BZT)及Ba(Ti，Sn)O3(BTS)等。锡钛酸钡Ba(Ti，Sn)O3(BTS)铁电薄膜是对BaTiO3(ABO3)钙钛矿结构进行B位替代而来，BTS薄膜具有较低的漏导电流，而且在高频下同样具有良好的介电性能，因此可以应用于下一代DRAM上的存储电容器、MLCC的铁电材料和介电非线性材料。
铁电薄膜的制备方法有很多，溶胶-凝胶方法以其化学计量比控制准确、成膜面积大且均匀、工艺过程温度低、设备简单等优势而为人们所采用。利用溶胶凝胶方法热处理温度低的特点，每一次旋转涂覆后在较低的温度下处理，使其有机物完全分解，最后再在较高的温度下处理，形成铁电薄膜。对于用溶胶凝胶法制备锡钛酸钡铁电薄膜，成分锡所用的原材料通常为醋酸锡，但这种材料价格很高，不利于大量生产，所以急需找到一种价格较低，而且用其制备出的锡钛酸钡铁电薄膜具有较好的性能的原材料。
发明内容
本发明的目的就是提供一种成本较低的锡钛酸钡铁电薄膜的制备方法。
本发明所述的锡钛酸钡铁电薄膜是指Ba(Ti1-xSnx)O3铁电薄膜，其中X为0-0.40，也可以具有成分梯度，所采用的衬底是LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si或Pt/Ti/SiO2/Si。
本发明所述的Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜的制备方法，其中成分锡所用的原料是二丁基氧化锡((C4H9)2SnO)。
本发明所述的Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜的制备方法，其具体步骤如下采用溶胶凝胶法，前驱体溶液的组份为醋酸钡、钛酸四正丁酯、二丁基氧化锡及溶剂冰醋酸、乙二醇乙醚和乙酰丙酮，溶液中Sn/Ti的摩尔比为x∶1-x，其中x为0-0.40，其前驱体溶液的最终浓度控制在0.2～0.4M，采用的衬底是LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si或Pt/Ti/SiO2/Si。
本发明所述的锡钛酸钡Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜的制备方法，还可采用相同的前驱体溶液浓度，不同的Sn/Ti比例。例如，采用醋酸钡、钛酸四正丁酯和二丁基氧化锡及相应的溶剂，可制得Sn/Ti为0/1、0.05/0.95、0.10/0.90，0.15/0.85，摩尔浓度为0.3M的钛锡酸钡的前驱体溶液。采用与半导体工艺相兼容的旋转涂覆的方法、并经过适当的热处理工艺最终获得钛锡酸钡铁电薄膜。
本发明所述的锡钛酸钡Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜，所使用的衬底为LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si(100)或Pt/Ti/SiO2/Si，LaNiO3、Pt、Ti、SiO2和Si片的厚度分别是150nm、150nm、50nm、150nm和3500nm。
本发明所述的锡钛酸钡Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜的制备方法，旋转涂覆时，旋转速度为3000转/分、时间20秒。凝胶膜直接放入500℃的管式炉内、放置5分钟，取出后冷却至室温，涂覆下一层凝胶膜，循环往复直到获得所需厚度的薄膜，最后将此薄膜在650℃-700℃下热处理0.5～1小时。然后在其上表面采用直流溅射的方法溅射金作为上电极，其直径为0.5mm、厚度约为100nm。
本发明所述的锡钛酸钡Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜，所用的前驱体溶液的浓度、涂覆的层数与最后获得薄膜总的厚度有关，即摩尔浓度越大，其厚度也就越大；层数越多，其厚度也越大。
本发明的有益效果与醋酸锡相比，本发明所使用的原材料二丁基氧化锡价格便宜、易购买，用其制备出的锡钛酸钡铁电薄膜同样具有较好的性能。本发明所使用的方法在和Si工艺的集成过程中没有铅的污染。与钛酸锶钡(BST)相比，在结构上，锡钛酸钡Ba(Ti，Sn)O3(BTS)材料属于ABO3钙钛矿结构中的B位替代，其晶粒尺寸可以在比较大的范围内调整；性能上，相对于薄膜材料降低了漏导，提高了耐压特性。
图1是实施例所制备的BTS铁电薄膜的介电常数与电场的关系图。
图2是实施例所制备的BTS铁电薄膜的介电损耗与电场的关系图。
图3是实施例所制备的BTS铁电薄膜的漏导电流与电场的关系图。
具体实施例方式
实施例1制备锡钛酸钡Ba(Ti1-xSnx)O3，x＝0.05、0.1、0.15、0.2和0.25的铁电薄膜。
所采用的化学原料为醋酸钡[Ba(CH3COO)2]，二丁基氧化锡[(C4H9)2SnO，纯度98％]和钛酸四正丁酯[Ti(OC4H9)4]，溶剂为冰醋酸和乙二醇乙醚。先将醋酸钡和二丁基氧化锡(按照一定的化学计量比x＝0.05、0.10、0.15、0.2和0.25)在冰醋酸溶液中加热至沸腾，10分钟后停止加热，并冷却至室温，Ba+Sn与冰醋酸的摩尔比为1∶10。再将钛酸四正丁酯、乙二醇乙醚以及乙酰丙酮(AcAc)的混合溶液加入到含钡和锡的冰醋酸溶液中，其中Ti与AcAc的摩尔比为1∶2，钛酸四正丁酯与乙二醇乙醚的摩尔比为1∶10。最后加入冰醋酸将最终溶液的浓度调整到0.3M。将配制好的溶液放置24小时后用来制备薄膜。
所使用的衬底为Pt/Ti/SiO2/Si(100)，Pt、Ti、SiO2和Si片的厚度分别是150nm、150nm、50nm、150nm和3500nm。将前驱体溶液在衬底Pt/Ti/SiO2/Si上旋转涂覆，旋转速度为3000转/分、时间20秒，涂覆1层，然后在500℃热处理5分钟，如此循环10次，最后将此薄膜在700℃下热处理0.5小时。然后在其上表面采用直流溅射的方法溅射上金电极作为上电极，其直径为0.5mm、厚度约为100nm。
上述制备的锡钛酸钡Ba(Ti1-xSnx)O3，x＝0、0.05、0.10、0.15、0.20和0.25的铁电薄膜的介电常数和介电损耗与外加电场的关系见图1和图2，漏导电流与外加电场的关系见图3。
权利要求
1.Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜的制备方法，其特征在于，成分锡所用的原料是二丁基氧化锡。
2.如权利要求1所述的Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜的制备方法，其特征在于，采用溶胶凝胶法，前驱体溶液的组份为醋酸钡、钛酸四正丁酯、二丁基氧化锡及溶剂冰醋酸、乙二醇乙醚和乙酰丙酮，溶液中Sn/Ti的摩尔比为x∶1-x，其中x为0-0.40，前驱体溶液的最终浓度控制在0.2～0.4M，采用的衬底是LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si或Pt/Ti/SiO2/Si。
3.如权利要求1所述的Ba(Ti，Sn)O3铁电薄膜的制备方法，其特征在于，采用旋转涂覆的方式，旋转速度为3000转/分、时间20秒；热处理方式为将凝胶膜直接放入500℃的管式炉内、放置5分钟，取出后冷却至室温，涂覆下一层凝胶膜，循环往复直到获得所需厚度的薄膜，最后将此薄膜在650℃-700℃下热处理0.5～1小时。
全文摘要
本发明属于制备非铅系锡钛酸钡BTS铁电薄膜的方法领域。本发明所述的Ba(Ti，Sn)O
文档编号B05D1/00GK1947863SQ200510030500
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月13日 优先权日2005年10月13日
发明者翟继卫, 宋三年 申请人:同济大学