CN101074491B - 在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法 - Google Patents

在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101074491B
CN101074491B CN2007100387419A CN200710038741A CN101074491B CN 101074491 B CN101074491 B CN 101074491B CN 2007100387419 A CN2007100387419 A CN 2007100387419A CN 200710038741 A CN200710038741 A CN 200710038741A CN 101074491 B CN101074491 B CN 101074491B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lno
strontium
barium
film
sol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007100387419A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101074491A (zh
Inventor
程晋荣
朱伟诚
孟中岩
俞圣雯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN2007100387419A priority Critical patent/CN101074491B/zh
Publication of CN101074491A publication Critical patent/CN101074491A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101074491B publication Critical patent/CN101074491B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明涉及一种在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法，属铁电性能材料制备工艺方法技术领域。本发明方法的特点是在金属钛基片衬底上，通过引入镍酸镧缓冲层，即在金属钛和钛酸锶钡薄膜间引入镍酸镧中间缓冲层，且用溶胶-凝胶法在大气环境下生长介电性能良好的钛酸锶钡薄膜。本发明方去的主要步骤为：(1)钛基片的预处理；(2)镍酸镧溶胶和钛酸锶钡溶胶的制备；(3)旋转法甩胶成膜、(4)热处理，热处理温度范围为100～720℃，于700～720℃时为晶化温度，制得具有钙钛矿晶相结构的薄膜。本发明方法制得的Ti/LNO/BST复合结构的材料具有优异的介电性能，可作为压控调谐微波器件中的元件应用。

Description

在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法 
技术领域
本发明涉及一种在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法，属铁电性能材料制备工艺方法技术领域。 
背景技术
钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3，BST)属ABO3型钙钛矿结构铁电材料，它具有优异的介电性能：介电常数调节方便、高的绝缘电阻、低的介电损耗、较高的电温度稳定性等。随着锶含量的变化，(BaxSr1-xTiO3，BST)的居里温度可以在很宽的温度范围(-233℃～120℃)内得到调节，兼有钛酸钡的高介电性和钛酸锶的高稳定性与低损耗性，便钛酸锶钡(BST)成为最有应用前景的铁电材料之一。它有望应用在新型压控调谐微波器件，如移相器、谐振器、可变实时延迟器、可调性滤波器及相控阵列天线等。 
目前，钛酸锶钡薄膜通常制备在贵金属电极上，如铂、银-钯、金等。为了抑制氧气位的生成，降低薄膜的损耗，钛酸锶钡薄膜需要在大气或氧化气氛中晶化。抗氧化的贵金属电极在此过程中能保持薄膜与贵金属界面的稳定有利于高质量钛锶钡薄膜的生长。然而，贵金属电极成本甚高，且较难与硅衬底集成的固有缺陷限制了它在大规模集成微波调谐器上的应用。近期美国Argonne国家实验室、Maryland大学、North Carolina州立大学等科研机构率先报导了在Cu、Ni和Al等活泼金属上采用CSD法成功制备高质量钛锶钡薄膜。这些金属成本低，延展性好，可应用在印刷电路和柔性调谐电子器件上，且与Si集成电路兼容，有利于器件的整合。然而，Cu、Ni和Al等金属化学性质活泼，在薄膜晶化过程中，易氧化或与薄膜相互反应，这会显著降低薄膜性能。国际上通常采用还原气氛或控制氧分压的方法在活泼金属上制备钛酸锶钡薄膜，但工艺上比较复杂，同时，在此条件下氧空位的增加和介电常数的控制始终是难以解决的矛盾。 
发明内容
本发明的目的在于解决上述存在的一些问题，提出一种新方法，限在活泼金属钛衬底上，通过引入镍酸镧缓冲层，在大气环境下生长介电性能良好的钛酸锶钡膜的方法。 
本发明方法的特点是在金属钛和钛酸锶钡薄膜间引入镍酸镧缓冲层，且用溶胶-凝胶法在大气环境下将高质量的钛酸锶钡薄膜生长在钛衬底上。
本发明一种在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤： 
a.钛基片的预处理：首先对钛基片进行机械抛光，得到平整光滑的表面，然后用去离子水、丙酮、无水乙醇依次进行超声振荡清洗，烘干后备用； 
b.溶胶的制备： 
(1)镍酸镧(LNO)溶胶的制备：采用硝酸镧和硝酸镍为起始原料，用去离子水和醋酸为溶剂，聚乙烯醇为螯合剂来制得镍酸镧(LNO)溶胶；称取一定重量的硝酸镍和硝酸镧，加入去离子水在90℃下搅拌2小时，随后将溶液降温至70℃，加入一定量的聚乙烯醇，搅拌1小时，最后降温至65℃，再加入一定量醋酸，搅拌24小时，最终得0.3mol/L LaNiO3溶胶，备用； 
(2)钛酸锶钡Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)溶胶的制备：采用钛酸四丁酯、乙酸锶、乙酸钡为起始原料，用乙二醇甲醚、醋酸为溶剂来制得钛酸锶钡溶胶；称取一定量的钛酸甲丁酯，加入一定量的溶剂乙二醇甲醚，于80～90℃搅拌3小时；再称取一定量的乙酸锶和乙酸钡，将其溶解于醋酸中；将上述两种溶液混合后在60℃下搅拌1小时；随后再加入乙二醇甲醚，在常温下搅拌12小时，最终得0.4mol/L Ba0.6Sr0.4TiO3溶胶； 
c.甩胶成膜及热处理： 
(1)将清洗后的钛基片放于匀胶机上甩胶成膜；首先将上述的镍酸镧(LNO)前驱体溶胶滴加于钛基片上，在4000rpm转速下，甩胶时间25秒，甩胶成膜；然后将其放入光热炉内进行干燥及热处理；热处理温度范围为100～720℃；按此方式反复涂膜多次，直至所需厚度；此层镍酸镧(LNO)薄膜是中间缓冲层； 
(2)将上述沉积有镍酸镧(LNO)中间缓冲层的衬底基片上再沉积钛酸锶钡(BST)薄膜；将上述事先制备好的钛酸锶钡(BST)前驱体溶胶滴加在缓冲层镍酸镧(LNO)薄膜上，在匀胶机3000rpm转速下，甩胶40秒钟，得到钛酸锶钡薄膜；将该薄膜放于光热炉内进行干燥及热处理；热处理的温度范围为100～700℃；按此方式反复涂膜，直至所需厚度；最终得到在金属钛基片衬底上生长有钛酸锶钡薄膜的材料，其结构形式为Ti/LNO/BST。 
本发明方法制得的在钛基片上具有LNO缓冲层的BST薄膜，其晶相为随机取向的钙钛矿结构，BST薄膜的结晶良好，晶粒尺寸较大；LNO为准立方钙钛矿结构，属三方晶系，其晶格常数为0.384nm，与BST的0.396nm相近。LNO在300K时，电阻率为1～3×10-5Ω·cm，具有很好的热稳定性。实验证明，LNO能有效地缓解界面扩散和相互反应，能抑制TiO2第二相的生成。同时LNO缓冲层与BST层的结构和晶格常数相近，作为缓冲层能显著提高BST薄膜的结晶性，有利于高质量BST薄膜的生长。 
控制LNO的厚度和BST的晶化温度可以制备介电综合性能优良的BST薄膜。 
附图说明
图1为本发明制得的具有LNO缓冲层的BST薄膜与无缓冲层的BST薄膜的XRD图。 
图2为本发明制得的具有LNO缓冲层的BST薄膜与无缓冲层的BST薄膜的介电偏置特性曲线图。 
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。 
实施例一：本实施例的工艺过程和步骤如下所述 
(1)钛基片的预处理：首先对10×10mm的钛基片进行机械抛光，得到平整光滑表面，然去离子水、丙酮、无水乙醇依次进行超声振荡清洗，烘干后备用。 
(2)溶胶的制备 
①镍酸镧(LNO)溶胶的制备：称取1.7448克硝酸镍和2.2222克硝酸镧，加入5ml去离子水在90℃下搅拌2小时，随后将溶液降低至70℃，再加入0.2777克聚乙烯醇，搅拌1小时，最后降温至65℃，再加入15ml醋酸，搅拌24小时，最终得0.3mol/L的LaNiO3溶胶20ml，备用。 
②钛酸锶钡(BST)溶胶的制备：称取钛酸四丁酯2.7778克，加入乙二醇甲醚5ml，于85℃搅拌3小时；再称取1.2383克乙醇锶和0.6716克乙酸钡，将其溶解于4.7ml醋酸中，将上述两种溶液混合均匀后，在60℃下搅拌1小时，随后再加入7.9ml乙二醇甲醚，在常温下搅拌12小时，最终得0.4mol/L的Ba0.6Sr0.4TiO3溶胶20ml，备用。 
(3)甩胶成膜及热处理 
①将清洗后的钛基片放于SC-1B型台式匀胶机上甩胶成膜；首先将上述的镍酸镧(LNO)前驱体溶胶滴加于钛基片上，在4000rpm转速下，甩胶时间25秒，甩胶成膜；然后将其放入KG-2-ZE型快速光热炉内进行干燥及热处理；热处理的升温制度为：100℃下保温1.5分钟、250℃下保温1分钟、350℃下保温3分钟、550℃下保 温2分钟，最后720℃下晶化8分钟；按此方式反复涂膜2次，在钛基片衬底上制得150nm厚的LNO薄膜，此层镍酸镧(LNO)薄膜为中间缓冲层。 
②将上述沉积有镍酸镧(LNO)中间缓冲层的衬底基片上再沉积钛酸锶钡(BST)薄膜；将上述事先制备好的钛酸锶钡(BST)前驱体溶胶滴加在缓冲层镍酸镧(LNO)薄膜上，在匀胶机3000rpm转速下，甩胶40秒钟，得到钛酸锶钡薄膜；将该薄膜放于光热炉内进行干燥及热处理；热处理的温度范围为：100℃下保温1分钟、150℃下保温1分钟、350℃下保温5分钟、550℃下保温5分钟，最后在700℃下晶化15分钟；按此方式反复涂膜3次，得到500nm厚的BST薄膜；最终得到在金属钛基片衬底上生长有钛酸锶钡薄膜的材料，其结构形式为Ti/LNO/BST。 
本发明方法在金属钛基片上制得的薄膜，从X射线衍射图3看出，本发明的具有LNO缓冲层的BST薄膜呈随机取向的钙钛矿结构，引入LNO缓冲层后TiO2的衍射峰显著减小，BST薄膜的钙钛矿相的衍射峰进一步加强，BST薄膜的结晶性得到改善。参见附图中的图1，图1为具有150nm LNO缓冲层的BST薄膜与无缓冲层的BST薄膜的X射线衍射(XRD)图。 
具有LNO缓冲层的BST样品与无缓冲层的BST样品的偏置特性比较，可参见附图中的图2，图2为具有150nmLNO缓冲层的BST薄膜与无缓冲层的BST薄膜的介电偏置特点曲线图。钛基片衬底上700℃下晶化的BST/LNO(nm)薄膜的调谐谐率、损耗和优值分别为34.6％、0.022、和15.7；大大优于无缓冲层薄膜样品的介电性能；并且与溶胶-凝胶法在Pt-Si衬底上制备的BST薄膜也具有可比性。 

Claims (1)

1.一种在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.钛基片的预处理：首先对钛基片进行机械抛光，得到平整光滑的表面，然后用去离子水、丙酮、无水乙醇依次进行超声振荡清洗，烘干后备用；
b.溶胶的制备：
(1)镍酸镧LNO溶胶的制备：采用硝酸镧和硝酸镍为起始原料，用去离子水和醋酸为溶剂，聚乙烯醇为螯合剂来制得镍酸镧LNO溶胶；称取一定重量的硝酸镍和硝酸镧，加入去离子水在90℃下搅拌2小时，随后将溶液降温至70℃，加入一定量的聚乙烯醇，搅拌1小时，最后降温至65℃，再加入一定量醋酸，搅拌24小时，最终得0.3mol/LLaNiO3溶胶，备用；
(2)钛酸锶钡Ba0.6Sr0.4TiO3溶胶的制备：采用钛酸四丁酯、乙酸锶、乙酸钡为起始原料，用乙二醇甲醚、醋酸为溶剂来制得钛酸锶钡溶液；称取一定量的钛酸甲丁酯，加入一定量的溶剂乙二醇甲醚，于80～90℃搅拌3小时；再称取一定量的乙酸锶和乙酸钡，将其溶解于醋酸中；将上述两种溶液混合后在60℃下搅拌1小时；随后再加入乙二醇甲醚，在常温下搅拌12小时，最终得0.4mol/LBa0.6Sr0.4TiO3溶胶；
c.甩胶成膜及热处理：
(1)将清洗后的钛基片放于匀胶机上甩胶成膜；首先将上述的镍酸镧LNO前驱体溶胶滴加于钛基片上，在4000rpm转速下，甩胶时间25秒，甩胶成膜；然后将其放入光热炉内进行干燥及热处理；热处理温度范围为100～720℃；按此方式反复涂膜多次，直至所需厚度；此层镍酸镧LNO薄膜是中间缓冲层；
(2)将上述沉积有镍酸镧LNO中间缓冲层的衬底基片上再沉积钛酸锶钡BST溶胶；将上述事先制备好的钛酸锶钡BST前驱体溶胶滴加在缓冲层镍酸镧LNO薄膜上，在匀胶机3000rpm转速下，甩胶40秒钟，得到钛酸锶钡薄膜；将该薄膜放于光热炉内进行干燥及热处理；热处理的温度范围为100～700℃；按此方式反复涂膜多次直至所需厚度；最终得到在金属钛基片衬底上生长有钛酸锶钡薄膜的材料，其结构形式为Ti/LNO/BST。 
CN2007100387419A 2007-03-29 2007-03-29 在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法 Expired - Fee Related CN101074491B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007100387419A CN101074491B (zh) 2007-03-29 2007-03-29 在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007100387419A CN101074491B (zh) 2007-03-29 2007-03-29 在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101074491A CN101074491A (zh) 2007-11-21
CN101074491B true CN101074491B (zh) 2011-05-04

Family

ID=38975749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007100387419A Expired - Fee Related CN101074491B (zh) 2007-03-29 2007-03-29 在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101074491B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101746960B (zh) * 2008-12-05 2012-09-26 中国科学院合肥物质科学研究院 透明金属氧化物钛酸锶镧薄膜的制备方法
CN102174697B (zh) * 2011-03-04 2013-06-12 电子科技大学 一种在金属镍基片上生长氧化物铁电薄膜的方法
CN102229265B (zh) * 2011-04-29 2013-09-25 中国科学院合肥物质科学研究院 一种钛酸锶钡多层薄膜及其制备方法
CN102390935B (zh) * 2011-08-22 2013-08-14 沈阳工业大学 一种球形颗粒堆积多孔结构钛酸锶薄膜的制备方法
CN103236499B (zh) * 2013-05-07 2016-01-20 山东科技大学 一种单极型忆阻器及其制备方法
CN108807185B (zh) * 2018-06-05 2020-09-08 西北工业大学 溶液制备氧化物界面电子气的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1267653A (zh) * 2000-04-06 2000-09-27 中国科学院上海技术物理研究所 钛酸锶钡薄膜材料的制备方法
CN1537826A (zh) * 2003-10-23 2004-10-20 同济大学 制备具有高度取向的非铅系钙钛矿结构铁电薄膜的方法
CN1580322A (zh) * 2004-05-15 2005-02-16 华中科技大学 制备钛酸锶钡铁电薄膜的方法
CN1667434A (zh) * 2005-03-18 2005-09-14 中国科学院上海技术物理研究所 钛酸锶钡反射膜片及制备方法
CN1876599A (zh) * 2006-06-22 2006-12-13 西安交通大学 微波介电可调钛酸锶钡/铋锌铌复合薄膜及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1267653A (zh) * 2000-04-06 2000-09-27 中国科学院上海技术物理研究所 钛酸锶钡薄膜材料的制备方法
CN1537826A (zh) * 2003-10-23 2004-10-20 同济大学 制备具有高度取向的非铅系钙钛矿结构铁电薄膜的方法
CN1580322A (zh) * 2004-05-15 2005-02-16 华中科技大学 制备钛酸锶钡铁电薄膜的方法
CN1667434A (zh) * 2005-03-18 2005-09-14 中国科学院上海技术物理研究所 钛酸锶钡反射膜片及制备方法
CN1876599A (zh) * 2006-06-22 2006-12-13 西安交通大学 微波介电可调钛酸锶钡/铋锌铌复合薄膜及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王根水等.化学溶液法制备的Ba0.9Sr0.1TiO3薄膜的结构及光学特性研究.红外与毫米波学报21 1.2002,21(1),37-40.
王根水等.化学溶液法制备的Ba0.9Sr0.1TiO3薄膜的结构及光学特性研究.红外与毫米波学报21 1.2002,21(1),37-40. *
陆维等.镍酸镧导电薄膜的热处理制度与电性能研究.功能材料与器件学报10 2.2004,10(2),200-204.
陆维等.镍酸镧导电薄膜的热处理制度与电性能研究.功能材料与器件学报10 2.2004,10(2),200-204. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101074491A (zh) 2007-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101074491B (zh) 在金属钛基片衬底上生长钛酸锶钡薄膜的方法
US5995359A (en) Electronic component and method of manufacturing same
JP6347086B2 (ja) 強誘電体セラミックス
CN104609856A (zh) 高度择优取向钛酸铋钠-钛酸钡无铅压电薄膜的制备方法
CN108892503B (zh) 一种高电卡效应薄膜材料及其制备方法
CN101717272B (zh) 具有(100)晶粒择优取向的锆钛酸铅厚膜的制备方法
CN1850722A (zh) BNdT铁电薄膜择优取向生长的制备方法
JP2002275390A (ja) 結晶性ゲル分散コーティング溶液及び結晶性ゲル分散コーティング溶液を用いた薄膜形成方法
CN100480437C (zh) 一种取向生长的介电常数可调钛酸锶铅薄膜的制备方法
CN100526522C (zh) 具有镍酸锂缓冲层的外延钛酸锶铅薄膜及制备方法
CN100376506C (zh) 一种具有成份梯度分布的非铅系铁电薄膜及其制备方法
CN112582173A (zh) 一种高能量密度的钛酸锶钡基介电薄膜电容器及其制备方法
CN101550025B (zh) 一种具有高电致应变特性的锆酸铅基反铁电薄膜及其制备方法
Amoresi et al. Role of morphological characteristics on the conductive behavior of LaNiO3 thin films
CN100451164C (zh) PST及其Ba固溶，或者Mg、Mn或K掺杂材料的制备方法
CN100558939C (zh) 醇热辅助铁电薄膜的低温制备方法
JP2001026421A (ja) ゾル・ゲル法による結晶性薄膜の形成方法
CN101872680A (zh) 电介质薄膜、薄膜电容器及其制作方法
CN101388434B (zh) 一种硅/钴酸镧锶/锆钛酸铅三层结构铁电材料的制备方法
Chen et al. Effects of Pr doping on crystalline orientation, microstructure, dielectric, and ferroelectric properties of Pb 1.2− 1.5 x Pr x Zr 0.52 Ti 0.48 O 3 thin films prepared by sol–gel method
JP3682913B2 (ja) 強弾性鉛ゲルマニウム酸化物膜の生成方法およびキャパシタ
CN100483700C (zh) 导电氧化物电极材料制备方法
CN102061460B (zh) 纳米Ag颗粒-(Ba0.65，Sr0.35)TiO3渗流型复合陶瓷薄膜及其制备方法
CN115974548B (zh) 一种无铅高熵铁电薄膜及其制备方法和应用
CN111081864A (zh) 一种(100)择优取向的pmn-pzt/pzt异质结构薄膜的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110504

Termination date: 20140329