专利名称：一种用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法
技术领域：
本发明属于无机材料领域，涉及一种无机材料中的介质薄膜制备方法，尤其是一
种用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法。
背景技术：
随着现代通信技术，特别是移动通信技术的发展，对器件的高速运算和系统小型 化的要求日益迫切，所以对电子元件的要求也在不断增长，我们应该生产出更小尺寸的元 件让它们保持原有的特性甚至超过原有的表现，人们已经尝试把无源器件嵌入到印刷电路 板中，因为在传统的电路中，电子元件分为有源和无源两种，然而80 %的电子元件是无源的 (电阻、电容和电感)，并且它们占据了整个印刷电路板50%的面积。另外随着尺寸的减小， 信号线由于嵌入无源器件而变短并且减少了焊接点，因此寄生噪声可以降低从而使器件各 方面的性能提高，尤其是高频工作的器件。因此在减小整个板子面积的同时，需要增加电路 的集成密度，这就导致了电容器需要一种具有高介电常数，低介电损耗，低漏电流密度的介 电材料。对于印刷电路板应用的难点在于采用低于200°C的生产工艺，这样就限制了需要较 高结晶温度的高介电常数材料如铁电体，当这些铁电薄膜被制备在室温或接近室温时，他 们具有较低的介电常数和较高的介电损耗。传统的顺电态材料，如Si02( 3. 9) ，A1203 ( 9)， Ta205( 25)等可以在低温下制备，但介电常数太低，而不能满足嵌入式电容器材料的 应用。 焦绿石结构的BiuZn^NbL^和Bi2Zn2/3Nb4/307材料是一种介电常数适中的介电 材料，具有良好的高频温度稳定性和微波介电特性，具有非常低的介电损耗，近年来又发现 Bi^ZnuNb^C^具有介电可调特性。相对适中的介电常数，良好的微波特性和温度稳定性， 使得铋锌铌在介质材料中的应用越来越广泛，然而对于非晶态BZN薄膜的研究和报道却很 少。 以下是申请人检索到的与本发明相关的参考文献 1、Wei Ren，Susan Trolier-McKinstry，Clive A. Randall,and Thomas R. Shrout : "Bismuth zinc niobate pyrochlore thin films for capacitive applications", J. Appl.Phys. ，89,767-774(2001); 2、 X. H. Zhang， W. Ren， P. Shi， etc. -"Structures and Properties of Doped BismuthZinc Niobate Cubic Pyrochlore Thin Films Prepared by Pulsed Laser D印osition".Ferroelectrics，381 :701-705(2009);. 3、 J. H. Park, W. S. Lee， N. J. Seong， and S. G. Yoona. :"Bismuth_zinc_niobate embeddedcapacitors grown at room temperature for printed circuit board applications", Appl.Phys. Lett. ，88 :192902(2006) ; 4、 J. K. Ahn， H. W. Kim， K. C. Ahn， S. G. Yoon， etc. -"Characteristics of Bismuth—BasedThin Films Deposited Directly on Polymer Substrates for Embedded CapacitorApplication"， Integrated Ferroelectrics，95 :187—195(2007);
5、 II_Doo Kim， M. H. Lim， K. T. Kang， and H. G. Kim :"Room temperature fabricatedZnO thin film transistor using high—K BiuZriL。NbL507 gate insulator pr印ared bysputtering，，. Appl. Phys丄ett. ， 89 :022905 (2006); 6、 El Kamel， P. Gonon， F. Jomni :"Electrical properties of low temperature d印osited咖orphous barium titanate thin films as dielectrics for integrated capacitors". Thin SolidFilms，504 :201-204(2006); 7、 S丄ee， J. W丄ee， I丄ee， and T. K. Chung :"Dielectric Properties of PCB EmbeddedBismuth_Zinc_Niobium Films Prepared using RF Magnetron Sputtering，，. Mater. Res. Soc. S卿.Proc. 2007 ;969 :w01_07. 8、 J. Ryu， K. Y. Kim， J. J. Choi， etc. "'Dielectric Flexible Dielectric BilgZriL。Nb丄.507Thin Films on a Cu_Polyimide Foi 1 ，，. J. Am. Ceram. Soc. 92 : 524-527(2009) ; 9、 J. Ryu， K. Y. Kim， J. J. Choi， etc. :"Dielectric High Dielectric Properties ofB:^. sZnuNbuOy Thin Films Fabricated at Room Temperature" . J. Am. Ceram. Soc. 91 : 3399-3401(2008); 10、 J. H. Park, C. J. Xian， etc. "'Improvement of Leakage Current Characteristics byPlasma Treatment in Bi2Mg2/3Nb4/307 Dielectric Thin Films". Electrochemical andSolid-State Letters,10 (4) :G18_20 (2007).
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于嵌入式电容器的铋锌 铌薄膜的制备方法，该制备方法制得的薄膜为类似焦绿石结构的非晶铋锌铌薄膜，其拥有 高介电常数，低介电损耗，低的漏电流密度，适用于嵌入式电容器的使用，且与电路的封装
等工艺兼容。 本发明的目的是通过以下技术方案来解决的 这种用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法，具体包括以下步骤
1)配料、球磨 首先按照Bi^Zn^NbLA或Bi2Zn2/3Nb4/307的化学式，计算Bi203、Zn0和Nb205三种 原料之间的符合化学式的摩尔配比，按照摩尔配比将三种原料混合，并将混合物与锆球、无 水乙醇按照质量比例l : 2 : l放入球磨罐中球磨3 5h，烘干，料球分离后得到磨料；
2)预烧 将磨料压片，以75(TC预烧2小时获得已初步形成焦绿石相的陶瓷粉料；
3)成型 将预烧后的陶瓷粉料粉碎，然后将粉碎的陶瓷粉料与锆球、无水乙醇按照质量比
例i : 2 : l放入球磨罐中球磨3 5h，烘干，将烘干后的陶瓷粉料在研钵中研细，加入聚
乙烯醇溶液作为粘结剂，造粒，粒径为60 80目，将造粒得到的粉料自然风干24小时后， 采用液压实验机，以150MPa/m2的压力对粉料进行压片，保压时间5 10分钟；
4)烧结 当按照BiuZnL。NbL507化学式配料时，在950 110(TC的温度区间进行烧结成瓷，
4制得具有立方焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材； 当按照Bi2Zn2/3Nb4/307化学式配料时，在920 IOO(TC的温度区间进行烧结成瓷，制得具有单斜焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材；
5)沉积薄膜 采用脉冲激光沉积技术将以上制得的铋锌铌陶瓷靶材在镀Pt基片或聚合物基底的覆铜板上原位沉积厚度为200 500nm的薄膜；
6)热处理 使用快速热处理工艺对沉积的薄膜在100 20(TC下进行后退火处理10 20分
钟，得到所述的具有类似焦绿石结构的非晶铋锌铌薄膜。 上述步骤3)中所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为5%。 上述步骤3)中以60目和80目的筛子进行造粒。 上述步骤3)中液压实验机选用直径为45mm的磨具。 上述步骤5)中镀Pt基片是Pt/Ti/Si02/Si 。 上述步骤5)中，在沉积温度为室温或接近室温的条件下，通过改变沉积时的氧压进行薄膜的沉积，氧压选在1 30Pa范围之内。 本发明制备出适用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜，经X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、表面轮廓仪、阻抗分析仪测试和分析，本发明与背景技术相比具有的有益效果是 1)、采用脉冲激光沉积工艺，在室温下原位沉积，沉积氧压为lPa或者4Pa时，制备的BZN薄膜在15(TC快速热处理后，呈现为非晶态的BZN材料，薄膜的表面非常光滑，具有较低的表面粗糙度。 2)、使用优化的沉积压强，优化的后处理温度，得到高质量的非晶态的薄膜材料，在最优的条件下制备出的薄膜，两种BZN薄膜材料的介电常数都为60，并且损耗在0. 6%左右。在0.3MV/cm时，漏电流密度均为1X10—7A/cm2。充分满足作为嵌入式电容器的介电材料的使用。 3)、两种非晶态的BZN薄膜材料制备工艺简单，满足电子元器件的快速发展的要求，具有良好的市场前景。
图1是本发明制备的不同烧结温度的立方BZN薄膜的XRD曲线；
图2是本发明制备的不同烧结温度的单斜BZN薄膜的XRD曲线；
图3是本发明制备的非晶态的立方BZN薄膜的XRD曲线；
图4是本发明制备的非晶态的单斜BZN薄膜的XRD曲线； 图5是本发明制备的非晶态的单斜BZN薄膜的粗糙度和沉积速率的变化(在不同氧压下制备)； 图6是15(TC快速热处理，不同氧压下制备的非晶态的立方BZN薄膜的介电性能；
图7是在4Pa氧压下沉积，在不同退火温度下热处理的非晶态的单斜BZN薄膜的介电性能； 图8是15(TC快速热处理，在不同氧压下制备的非晶态的立方BZN薄膜的漏电流特性； 图9是在4Pa氧压下沉积，在不同退火温度下热处理的非晶态的单斜BZN薄膜的 漏电流特性。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述
实施例1 :
1)配料、球磨 首先按照BiuZn^NbL^的化学式，计算Bi203、 Zn0和Nb205三种原料之间的符合 化学式的摩尔配比，按照摩尔配比将三种原料混合，并将混合物与锆球、无水乙醇按照质量 比例l : 2 : l放入球磨罐中球磨4h，烘干，料球分离后得到磨料；
2)预烧 将磨料压片，以75(TC预烧2小时获得已初步形成焦绿石相的陶瓷粉料；
3)成型 将预烧后的陶瓷粉料粉碎，然后将粉碎的陶瓷粉料与锆球、无水乙醇按照质量比
例i : 2 : l放入球磨罐中球磨4h，烘干，将烘干后的陶瓷粉料在研钵中研细，加入质量浓
度为5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，造粒，使用60目和80目两个筛子，其中60目筛子在 上，80目筛子在下，取80目筛子上的粒径为60 80目颗粒粉料，将造粒得到的粉料自然风 干24小时后，采用液压实验机，选用直径为45mm的模具，以150MPa/m2的压力对粉料进行 压片，保压时间5分钟；
4)烧结 当按照BiuZnL。Nbu07化学式配料时，在950 110(TC的温度区间进行烧结成瓷，
制得具有立方焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材；
5)沉积薄膜
(a)、样品安装 将立方焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材和清洁的Pt/Ti/Si02/Si基片分别固定在沉 积腔中的靶托和样品托上面，调整基片和靶材的距离为4. 5cm，用挡板将基片和靶材隔开， 旋紧阀门，关闭真空室。
(b)、系统抽真空 打开电源，开启机械泵，旋开旁抽阀，当系统真空度达到0.01Pa左右时，关闭旁抽 阀，打开电磁阀，打开分子泵冷却水并启动分子泵，同时旋开闸板阀，约15分钟后，系统的 真空度可以达到8. 5X 10—5Pa。
(c)、激光器预热 在沉积开始前15分钟，打开激光器的电源开关，进行预热。
(d)、通入氧气 依次开启氧压真阀，流量计，氧气瓶总阀，然后调节流量计，通入氧气，直到系统的 真空度达到所需的压强1Pa。同时关闭分子泵，当氧压稳定后开始脉冲沉积薄膜。
(e)、薄膜的生长过程 因为是室温沉积，基片不需加热，开启激光器，调节激光器和反射镜使激光照射在靶面上，并调节聚光透镜使激光照射在靶面上的光斑尽可能的小。激光器功率设置在 250mJ/pulse，沉积时间一般为60分钟，使用频率为3Hz，氧压为1Pa ;移开挡板，开始沉积， 使薄膜的沉积厚度达到300nm。
(f)、关机过程 关闭氧气阀，同时关闭整个沉积控制程序，关闭机械泵，关闭电源。激光器在充分
冷却后，关闭激光器的电源。 6)热处理 采用快速热处理工艺，设定炉子的目的温度150°C ，热处理时间为20分钟。得到类 似焦绿石结构的非晶铋锌铌薄膜的厚度大约是300nm，在10kHz下，介电常数为61，损耗为 0. 005，在0. 3MV/cm场强时，漏电流密度不超过1 X 10—7A/cm2。
实施例2 :
1)配料、球磨 首先按照Bi2Zn2/3Nb4/307的化学式，计算Bi203、ZnO和Nb205三种原料之间的符合化 学式的摩尔配比，按照摩尔配比将三种原料混合，并将混合物与锆球、无水乙醇按照质量比 例l : 2 : l放入球磨罐中球磨3h，烘干，料球分离后得到磨料；
2)预烧 将磨料压片，以75(TC预烧2小时获得已初步形成焦绿石相的陶瓷粉料；
3)成型 将预烧后的陶瓷粉料粉碎，然后将粉碎的陶瓷粉料与锆球、无水乙醇按照质量比
例i : 2 : l放入球磨罐中球磨5h，烘干，将烘干后的陶瓷粉料在研钵中研细，加入聚乙烯
醇溶液作为粘结剂，造粒，粒径为60 80目，将造粒得到的粉料自然风干24小时后，采用 液压实验机，以150MPa/m2的压力对粉料进行压片，保压时间7分钟；
4)烧结 当按照Bi2Zn2/3Nb4/307化学式配料时，在920 IOO(TC的温度区间进行烧结成瓷， 制得具有单斜焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材；
5)沉积薄膜
(a)、样品安装 将具有单斜焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材和清洁的Pt/Ti/Si02/Si基片分别固定
在靶托和样品托上面，调整基片和靶材的距离为4. 5cm，用挡板将基片和靶材隔开，旋紧阀
门，关闭真空室。 (b)、系统抽真空 打开电源，开启机械泵，旋开旁抽阀，当系统真空度达到0.01Pa左右时，关闭旁抽 阀，打开电磁阀，打开分子泵冷却水并启动分子泵，同时旋开闸板阀，约15分钟后，系统的 真空度可以达到8. 5X 10—5Pa。
(c)、激光器预热 在沉积开始前15分钟，打开激光器的电源开关，进行预热。
(d)、通入氧气 依次开启氧压真阀，流量计，氧气瓶总阀，然后调节流量计，通入氧气，直到系统的 真空度达到所需的压强4Pa。同时关闭分子泵，当氧压稳定后开始脉冲沉积薄膜。
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(e)、薄膜的生长过程 因为是室温沉积，基片不需加热，开启激光器，调节激光器和反射镜使激光照射 在靶面上，并调节聚光透镜使激光照射在靶面上的光斑尽可能的小。激光器功率设置在 250mJ/pulse，沉积时间一般为60分钟，使用频率为3Hz，氧压为4Pa。移开挡板，开始沉积。 使薄膜的沉积厚度达到300nm。
(f)、关机过程 关闭氧气阀，同时关闭整个沉积控制程序，关闭机械泵，关闭电源。激光器在充分
冷却后，关闭激光器的电源。 6)热处理 采用快速热处理工艺，设定炉子的目的温度15(TC，热处理时间为20分钟。
得到单斜方BZN薄膜的厚度大约是300nm，在10kHz下，介电常数为62，损耗为 0. 006，在0. 5MV/cm场强时，漏电流密度不超过1X10—6A/cm2。
实施例3
1)配料、球磨 首先按照BiuZn^NbL^的化学式，计算Bi203、 ZnO和Nb205三种原料之间的符合 化学式的摩尔配比，按照摩尔配比将三种原料混合，并将混合物与锆球、无水乙醇按照质量 比例l : 2 : l放入球磨罐中球磨5h，烘干，料球分离后得到磨料；
2)预烧 将磨料压片，以75(TC预烧2小时获得已初步形成焦绿石相的陶瓷粉料；
3)成型 将预烧后的陶瓷粉料粉碎，然后将粉碎的陶瓷粉料与锆球、无水乙醇按照质量比
例i : 2 : l放入球磨罐中球磨3h，烘干，将烘干后的陶瓷粉料在研钵中研细，加入质量浓
度为5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，造粒，使用60目和80目两个筛子，其中60目筛子在 上，80目筛子在下，取80目筛子上的粒径为60 80目颗粒粉料，将造粒得到的粉料自然风 干24小时后，采用液压实验机，选用直径为45mm的模具，以150MPa/m2的压力对粉料进行 压片，保压时间5分钟；
4)烧结 在950 IIO(TC的温度区间进行烧结成瓷，其中烧结过程均按照传统烧结工艺，
制得具有立方焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材；
5)沉积薄膜
(a)、样品安装 将立方焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材和清洁的聚合物基底的覆铜板分别固定在 沉积腔中的靶托和样品托上面，调整覆铜板和靶材的距离为4. 5cm，用挡板将覆铜板和靶材 隔开，旋紧阀门，关闭真空室。
(b)、系统抽真空 打开电源，开启机械泵，旋开旁抽阀，当系统真空度达到0.01Pa左右时，关闭旁抽 阀，打开电磁阀，打开分子泵冷却水并启动分子泵，同时旋开闸板阀，约15分钟后，系统的 真空度可以达到8. 5X 10—5Pa。
(c)、激光器预热
在沉积开始前15分钟，打开激光器的电源开关，进行预热。
(d)、通入氧气 依次开启氧压真阀，流量计，氧气瓶总阀，然后调节流量计，通入氧气，直到系统的 真空度达到所需的压强1Pa。同时关闭分子泵，当氧压稳定后开始脉冲沉积薄膜。
(e)、薄膜的生长过程 因为是室温沉积，基片不需加热，开启激光器，调节激光器和反射镜使激光照射 在靶面上，并调节聚光透镜使激光照射在靶面上的光斑尽可能的小。激光器功率设置在 250mJ/pulse，沉积时间一般为50分钟，使用频率为3Hz，氧压为4Pa ;移开挡板，开始沉积， 使薄膜的沉积厚度达到200nm。
(f)、关机过程 关闭氧气阀，同时关闭整个沉积控制程序，关闭机械泵，关闭电源。激光器在充分
冷却后，关闭激光器的电源。 6)热处理 采用快速热处理工艺，设定炉子的目的温度IO(TC ，热处理时间为15分钟。得到类 似焦绿石结构的非晶铋锌铌薄膜的厚度大约是200nm。
实施例4
1)配料、球磨 首先按照BiuZn^NbL^的化学式，计算Bi203、 ZnO和Nb205三种原料之间的符合 化学式的摩尔配比，按照摩尔配比将三种原料混合，并将混合物与锆球、无水乙醇按照质量 比例l : 2 : l放入球磨罐中球磨5h，烘干，料球分离后得到磨料；
2)预烧 将磨料压片，以75(TC预烧2小时获得已初步形成焦绿石相的陶瓷粉料；
3)成型 将预烧后的陶瓷粉料粉碎，然后将粉碎的陶瓷粉料与锆球、无水乙醇按照质量比
例i : 2 : l放入球磨罐中球磨3h，烘干，将烘干后的陶瓷粉料在研钵中研细，加入质量浓
度为5%的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，造粒，使用60目和80目两个筛子，其中60目筛子在 上，80目筛子在下，取80目筛子上的粒径为60 80目颗粒粉料，将造粒得到的粉料自然风 干24小时后，采用液压实验机，选用直径为45mm的模具，以150MPa/m2的压力对粉料进行 压片，保压时间10分钟；
4)烧结 在950 IIO(TC的温度区间进行烧结成瓷，其中烧结过程均按照传统烧结工艺，
制得具有立方焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材；
5)沉积薄膜
(a)、样品安装 将立方焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材和清洁的聚合物基底的覆铜板分别固定在 沉积腔中的靶托和样品托上面，调整覆铜板和靶材的距离为4. 5cm，用挡板将覆铜板和靶材 隔开，旋紧阀门，关闭真空室。
(b)、系统抽真空 打开电源，开启机械泵，旋开旁抽阀，当系统真空度达到0.01Pa左右时，关闭旁抽
9阀，打开电磁阀，打开分子泵冷却水并启动分子泵，同时旋开闸板阀，约15分钟后，系统的 真空度可以达到8. 5X 10—5Pa。
(c)、激光器预热 在沉积开始前15分钟，打开激光器的电源开关，进行预热。
(d)、通入氧气 依次开启氧压真阀，流量计，氧气瓶总阀，然后调节流量计，通入氧气，直到系统的 真空度达到所需的压强1Pa。同时关闭分子泵，当氧压稳定后开始脉冲沉积薄膜。
(e)、薄膜的生长过程 因为是室温沉积，基片不需加热，开启激光器，调节激光器和反射镜使激光照射 在靶面上，并调节聚光透镜使激光照射在靶面上的光斑尽可能的小。激光器功率设置在 250mJ/pulse，沉积时间一般为80分钟，使用频率为3Hz，氧压为30Pa ;移开挡板，开始沉积， 使薄膜的沉积厚度达到500nm。
(f)、关机过程 关闭氧气阀，同时关闭整个沉积控制程序，关闭机械泵，关闭电源。激光器在充分
冷却后，关闭激光器的电源。 6)热处理 采用快速热处理工艺，设定炉子的目的温度20(TC，热处理时间为IO分钟。得到类 似焦绿石结构的非晶铋锌铌薄膜的厚度大约是500nm。
由附图可以直观的看出对本发明的制备效果 从图1中可以看到，在950 IIO(TC的温度区间烧结的BiuZn^NbL^陶瓷靶材 具有纯的立方焦绿石结构，并且没有其他的杂相出现。图中的纵坐标为相对衍射强度，横坐 标为2 e角。 从图2中可以看到，在75(TC预烧，已初步形成单斜焦绿石相；在920 960°C的 温度区间烧结的Bi2Zn2/3Nb4/307陶瓷靶材具有纯的单斜焦绿石结构，并且没有其他的杂相出
现。图中的纵坐标为相对衍射强度，横坐标为2e角。 从图3中可以观察到，不管是改变沉积时的氧压还是后期热处理温度，制备的 BiuZnL。Nbu07薄膜并没有出现焦绿石相的特征峰，这表明制备的薄膜是非晶态的。图中的 纵坐标为相对衍射强度，横坐标为2e角。 从图4中可以观察到，使用单斜的8122!12/3吣4/307陶瓷靶材，在4Pa氧压下，原位沉 积制备的薄膜，在快速热处理炉中改变温度，对薄膜进行热处理，并没有出现焦绿石相的特 征峰，这表明制备的薄膜是非晶态的。在图4的插图中，也可以观察到，通过改变氧压沉积 的薄膜，在15(TC下，对薄膜进行后期热处理，结果也表明制备的薄膜是非晶态的。图中的纵
坐标为相对衍射强度，横坐标为2e角。 图5是本发明制备的非晶态的单斜BZN薄膜的粗糙度和沉积速率随沉积时氧压的 变化。左边纵坐标为表面粗糙度(RMS)，右边纵坐标为沉积速率，横坐标为沉积时的氧压。 从图中，能够发现，表面粗糙度随着氧压的增加而增加，沉积速率也表现出相同的趋势。
图6是15(TC快速热处理，不同氧压下制备的非晶态的立方BZN薄膜的介电性能， 测试频率为10kHz ;从图中可以看出，介电常数随氧压的增加逐渐减小，而介电损耗随氧压 的增加而逐渐增加。在较低氧压下制备的非晶态的立方BZN薄膜展示着优异的介电性能。在lPa下制备的立方BZN薄膜，10kHz时，介电常数和损耗分别达到61， 0. 005。左边纵坐标 为介电常数，右边纵坐标为介电损耗，横坐标为沉积时的氧压。 图7是在4Pa氧压下沉积，在不同退火温度下热处理的非晶态的单斜BZN薄膜的 介电性能，测试频率为10kHz ;;从图中我们可以发现，单斜BZN薄膜的介电常数随热处理 温度的升高而升高，在150°C时，达到最大值，而后降低。在150°C时，介电常数达到60，损耗 在0. 006。左边纵坐标为介电常数，右边纵坐标为介电损耗，横坐标为热处理温度。
图8是15(TC快速热处理，在不同氧压下制备的非晶态的立方BZN薄膜的漏电流 特性；从图中我们可以观察到，在1Pa下制备的立方BZN薄膜展示着优异的漏电流特性，在 300kV/cm时，漏电流密度不高于1 X 10—7A/cm2。左右边纵坐标均为漏电流密度，横坐标为应 用的电场强度。 图9是在4Pa氧压下沉积，在不同退火温度下热处理的非晶态的单斜BZN薄膜的 漏电流特性。从图中我们可以观察到，在15(TC热处理得到的单斜BZN薄膜展示着优异的漏 电流特性，在500kV/cm场强时，漏电流密度不超过1X10—6A/cm2。而且展示出优秀的耐击穿 特性。左右边纵坐标均为漏电流密度，横坐标为应用的电场强度。
1权利要求
一种用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)配料、球磨首先按照Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7或Bi2Zn2/3Nb4/3O7的化学式，计算Bi2O3、ZnO和Nb2O5三种原料之间的符合化学式的摩尔配比，按照摩尔配比将三种原料混合，并将混合物与锆球、无水乙醇按照质量比例1∶2∶1放入球磨罐中球磨3～5h，烘干，料球分离后得到磨料；2)预烧将磨料压片，以750℃预烧2小时获得已初步形成焦绿石相的陶瓷粉料；3)成型将预烧后的陶瓷粉料粉碎，然后将粉碎的陶瓷粉料与锆球、无水乙醇按照质量比例1∶2∶1放入球磨罐中球磨3～5h，烘干，将烘干后的陶瓷粉料在研钵中研细，加入聚乙烯醇溶液作为粘结剂，造粒，粒径为60～80目，将造粒得到的粉料自然风干24小时后，采用液压实验机，以150MPa/m2的压力对粉料进行压片，保压时间5～10分钟；4)烧结当按照Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7化学式配料时，在950～1100℃的温度区间进行烧结成瓷，制得具有立方焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材；当按照Bi2Zn2/3Nb4/3O7化学式配料时，在920～1000℃的温度区间进行烧结成瓷，制得具有单斜焦绿石结构的铋锌铌陶瓷靶材；5)沉积薄膜采用脉冲激光沉积技术将以上制得的铋锌铌陶瓷靶材在镀Pt基片或聚合物基底的覆铜板上原位沉积厚度为200～500nm的薄膜；6)热处理使用快速热处理工艺对沉积的薄膜在100～200℃下进行后退火处理10～20分钟，得到所述的具有类似焦绿石结构的非晶铋锌铌薄膜。
2. 根据权利要求1所述的用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为5%。
3. 根据权利要求1所述的用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中以60目和80目的筛子进行造粒。
4. 根据权利要求1所述的用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中液压实验机选用直径为45mm的磨具。
5. 根据权利要求1所述的用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中镀Pt基片是Pt/Ti/SiO乂Si。
6. 根据权利要求1所述的用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，在沉积温度为室温或接近室温的条件下，通过改变沉积时的氧压进行薄膜的沉积，氧压选在1 30Pa范围之内。
全文摘要
本发明公开了一种用于嵌入式电容器的铋锌铌薄膜的制备方法，按照步骤依次包括配料、球磨、预烧、成型、烧结、沉积薄膜和热处理，本发明的沉积薄膜是采用脉冲激光沉积技术将以上制得的铋锌铌陶瓷靶材在镀Pt基片或聚合物基底的覆铜板上原位沉积厚度为200～500nm的薄膜。这种采用脉冲激光沉积工艺，在室温下原位沉积的方法制得的薄膜呈现为非晶态的BZN材料，薄膜的表面非常光滑，具有较低的表面粗糙度。本发明制得的BZN薄膜材料的介电常数为60，并且损耗在0.6％左右。在0.3MV/cm时，漏电流密度均为1×10-7A/cm2。充分满足作为嵌入式电容器的介电材料的使用。这非晶态的BZN薄膜材料制备工艺简单，满足电子元器件的快速发展的要求，具有良好的市场前景。
文档编号H01G4/12GK101693988SQ200910024398
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月20日 优先权日2009年10月20日
发明者任巍, 史鹏, 吴小清, 姚熹, 张效华, 王昭, 陈晓峰 申请人:西安交通大学;