CN114974892A - 一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器及其制备方法。本发明的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器中设有阳极氧化膜，且所述阳极氧化膜是通过上层膜、中层膜、下层膜共同阳极氧化而形成的，这种制备方法能够形成稳定的阳极氧化复合膜，在Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器中，稳定的阳极氧化复合膜能够有效提高其击穿场强和储能密度等性能；并且通过对电流及电压的控制即可控制阳极氧化复合膜的厚度，因此本发明的制备方法简单且易于操控。
Description
技术领域
本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器及其制备方法。
背景技术
与锂离子电池和超级电容器相比，电介质电容器具有充放电速度快、功率密度高的优点。然而，电介质电容器的能量密度要远远低于电化学电容器，致使其应用受到的严重制约。而电介质材料是影响电介质电容器能量密度的关键因素，由此，研究高能量密度的电介质材料的势在必行。
有关介质储能密度与介电常数和电击穿强度之间的关系的研究表明，提高制备电容器介电材料的介电常数和电击穿强度是提高其储能能力的必然选择。其中，提高介电材料的介电常数和击穿强度的常用方法为改善介质极化。同时，改善介质极化也是介电材料研究的重点和难点。
在此之前，相关学者已经利用介电极化和界面效应在这方面做了一些研究，并取得了一定的研究进展。例如，石墨烯基金属复合材料具有提高超级电容器容量和能量密度的特点，且板间距离减小，电容器的电容增大。纳米金属填料通过适当的表面改性可以更好地与聚合物相容，产生的界面可以使复合材料中的缺陷或空隙最小化，从而降低击穿强度，并降低总能量密度。对铝电解电容器中使用的铝箔进行表面改性可以促进TiO2在铝表面沉积，经过表面改性后，在21.2V的耐受电压下可以获得131.5μFcm-2的比电容，与没有TiO2的比电容相比，约有60％的提升，与没有表面改性的比电容相比，约有30％的提升。用溶液浇注法成功加工得到碳黑纳米颗粒增强PVA/PSSA混合物的纳米复合材料，并获得了过渡界面，且当采用5wt％的CBNP进行负载时，介电常数从232增加到1851，介电损耗从2.22增加到3.9，并在渗流阈值附近表现出相对较高的介电常数，具有较低的介电损耗和较高的储能。最近的研究发现，新合成的铁电液晶表现出由表面相互作用引起的新行为，该行为可自发极化，并提高介电常数。还有研究用表面自组装法制备Al2O3/TiO2复合膜，该复合膜具有高介电常数，并且在400V下具有高击穿场强。
发展至今，在制备高综合介电性能的介电材料复合薄膜方面，已经发展除了多种较为成熟的方法，这些制备方法主要有沉积法、溶胶凝胶法和静电纺丝法等。然而，上述的这些制备方法仍然存在控制变量较多，操作复杂，难以用于大面积工业生产等缺点。
目前，Al2O3是较为常用的薄膜材料，具有优良的耐电击穿能力，而BaSrTiO4具有几百到几万的介电常数，若将这两种材料进行阳极氧化处理，使其形成稳定的复合膜，可有望大幅度提高介电电容器的综合介电性能。
综上所述，有必要研发一种简单且易于操控的介电材料复合薄膜制备方法，并基于该方法制备通过Al2O3和BaSrTiO4复合的高性能电容器。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备方法，所制备得到的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器具有高介电常数和高储能密度，同时具备耐击穿能力，且制备方法简单，易于操作，环境变量易于控制。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供了一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器，所述电容器包括衬底基片、阳极氧化膜及电极；所述阳极氧化膜为通过对上层膜、中层膜及下层膜进行阳极氧化而形成的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3薄膜；所述上层膜和下层膜材料均为Al，所述中层膜为BaSrTiO4，所述底层膜由下层Al膜未完全氧化形成。
优选地，所述阳极氧化从上层膜开始逐渐往中层膜、下层膜进行，共只进行一次阳极氧化处理。只需要一次阳极氧化处理，通过对电流及电压的控制即可控制阳极氧化复合膜的厚度。
优选地，所述阳极氧化并未对下层膜完全氧化，剩余未氧化部分为底层膜，所述底层膜沉积在衬底基片的表面。
优选地，所述电极为铝电极。
本发明还提供了上述Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1、将基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀下层膜操作，其镀下层膜的镀膜条件为真空度为2.0E-4-4.0E-4Pa，使用Al靶材，且溅射时功率为100-200W，氩气(99.999％)通入速率为10-30SCCM，镀膜时间为15-55min；
S2、将步骤S1已镀下层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀中层膜操作，镀膜条件为真空度为2.0E-4-4.0E-4Pa，使用BaSrTiO4靶材，溅射功率为100-200W，氩气(99.999％)通入速率为10-30SCCM，镀膜时间为5-10min；
S3、将步骤S2已镀中层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀上层膜操作，镀膜条件与步骤S1相同，镀膜时间为5-15min；
S4、阳极氧化处理：采用恒压法对步骤S3的衬底基片、下层膜、中层膜、上层膜同时进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其截止电压范围为5-300V，电流为1-5mA/cm2，时间为300-400s，得到沉积在衬底基片上的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜；
S5、将步骤S4已沉积Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀电极操作，即可制备得到Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器。
本发明方法所制备的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器中设有阳极氧化膜，且所述阳极氧化膜是通过上层膜、中层膜、下层膜共同阳极氧化而形成的，这种制备方法能够形成稳定的阳极氧化复合膜，在Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器中，稳定的阳极氧化复合膜能够有效提高其击穿场强和储能密度等性能；并且只需要一次阳极氧化处理，通过对电流及电压的控制即可控制阳极氧化复合膜的厚度，因此本发明方法简单且易于操控。
优选地，所述阳极氧化处理所用的电解液为酒石酸铵水溶液与乙二醇的混合液体。
进一步地，所述阳极氧化处理所用的电解液为0.1-0.4mol/L酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为(0.5-2)：(2-5)。
优选地，所述阳极氧化处理的截止电压范围为195-200V，电流为1-3mA/cm2，时间为360-476s。
优选地，镀电极的条件为真空度≤10-1Pa，使用Al靶材，溅射功率为100-200W，氩气(99.999％)通入速率为10-30SCCM，时间为20-50min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器及其制备方法，所述电容器包括衬底基片、阳极氧化膜及电极；所述阳极氧化膜为通过对上层膜、中层膜及下层膜同时进行阳极氧化而形成的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3薄膜。本发明的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器中设有阳极氧化膜，且所述阳极氧化膜是通过上层膜、中层膜、下层膜共同阳极氧化而形成的，这种制备方法能够形成稳定的阳极氧化复合膜，在Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器中，稳定的阳极氧化复合膜能够有效提高其击穿场强和储能密度等性能；并且通过对电流及电压的控制即可控制阳极氧化复合膜的厚度，因此本发明的制备方法简单且易于操控。
附图说明
图1为实施例1-3的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的结构示意图(Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3层为上层Al膜、中层BaSrTiO4膜、下层Al膜一次阳极氧化形成的)；
图2为对比例3的多层固态薄膜电容器的结构示意图(底层Al膜为下层Al膜未完全氧化形成，下层Al2O3膜为下层Al膜通过阳极氧化处理形成，中层BaSrTiO4膜为在高真空多靶磁控溅射仪器中使用BaSrTiO4靶材溅射形成，上层Al2O3膜为上层Al膜通过阳极氧化处理形成，共需要进行两次阳极氧化处理)；
图3为实施例1制备的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多多层固态薄膜电容器使用ZeissSmartEDX拍摄的表面扫描电镜图；
图4为实施例2制备的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多多层固态薄膜电容器使用ZeissSmartEDX拍摄的表面扫描电镜图；
图5为实施例3制备的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多多层固态薄膜电容器使用ZeissSmartEDX拍摄的表面扫描电镜图；
图6为对比例3制备的多层固态薄膜电容器使用Zeiss SmartEDX拍摄的表面扫描电镜图；
图7为实施例1-3制备的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多多层固态薄膜电容器的介电常数的频率依赖图；
图8为对比例1-3制备的多层固态薄膜电容器的介电常数的频率依赖图；
图9为实施例1-3制备的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多多层固态薄膜电容器的击穿场强威布尔分布图；
图10为对比例1-3制备的多层固态薄膜电容器的击穿场强威布尔分布图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到。
以下实施例及对比例使用靶材材质相同，分别为Al靶材(纯度为99.95％)，BaSrTiO4靶材(纯度为99.9％)。
实施例1一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器
如图1所示，所述电容器包括衬底基片、底层膜、阳极氧化膜及电极；所述底层膜沉积在衬底基片的表面，所述阳极氧化膜为通过对上层膜、中层膜及下层膜进行阳极氧化而形成的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3薄膜；所述上层膜和下层膜材料均为Al，所述中层膜为BaSrTiO4，所述电极为铝电极，所述底层膜为下层Al膜未完全氧化形成。
上述Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备工艺包括以下步骤：
(1)先使用无尘布与洗涤剂对衬底基片(ITO导电硅硼基玻璃片)的表面污渍进行初步清洗，然后将初步清洗后的衬底基片放入装有去离子水的干净玻璃器皿内，并放入超声清洗机内进行超声清洗，清洗时间为20min，然后使用酒精代替去离子水，再次进行超声清洗，清洗时间也是20min；
(2)在衬底基片上镀下层膜，其具体过程为：将衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀下层膜操作，该步骤的靶材为Al，镀膜条件为真空度为3.0E-4Pa，溅射功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀膜时间为20min；
(3)将步骤(2)已镀下层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行中层膜BaSrTiO4的溅射，该步骤的靶材为BaSrTiO4，镀膜条件为真空度为3.0E-4Pa，溅射功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀膜时间为5min；
(4)将步骤(3)已镀下层膜和中层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀上层膜操作，同样是以Al作为靶材，其镀膜条件与步骤(2)镀下层膜的镀膜条件相同，镀膜时间为8min；
(5)阳极氧化处理：采用恒压法对所述步骤(4)已镀下层膜、中层膜和上层膜的衬底基片进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其截止电压为190V，电流为3mA/cm2，且阳极氧化处理的时间为360s；所用电解液为0.3mol/L酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为1∶4；并且在阳极氧化处理过程中，阳极氧化从上层膜开始逐渐往中层膜、下层膜进行；最后得到生长在衬底基片上的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜；该阳极氧化处理并未对下层膜完全氧化，且剩余未氧化部分为底层膜Al；
(6)将步骤(5)形成Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜的衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中，对其进行镀铝电极操作，该步骤的靶材为Al，镀电极条件为真空度≤10-1Pa，功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀电极时间为30min。至此，制备得到Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器。
实施例2一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器
所述电容器的结构与实施例1相同。
上述Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备工艺为：
步骤(1)、(2)、(4)、(6)同实施例1；
步骤(3)除镀膜时间为7.5min外，其余操作同实施例1；
步骤(5)除截止电压为195V，电流为1mA/cm2，且阳极氧化处理时间为376s外，其余操作同实施例1。
实施例3一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器
所述电容器的结构与实施例1相同。
上述Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备工艺为：
步骤(1)、(2)、(4)、(6)同实施例1；
步骤(3)除镀膜时间为10min外，其余操作同实施例1；
步骤(5)除截止电压为200V，电流为1mA/cm2，且阳极氧化处理时间为369s外，其余操作同实施例1。
实施例1-3的分别对应图3-5的表面扫描电镜图，从表面电镜图上可以清晰看出表面形成的氧化层(图上所标的SA_ABST)及底层的Al层，氧化层的厚度分别约为183.3nm，200nm，205.7nm。
对比例1一种多层固态薄膜电容器
所述电容器的制备包括以下步骤：
上述多层固态薄膜的制备方法，步骤如下：
(1)先使用无尘布与洗涤剂对衬底基片(ITO导电硅硼基玻璃片)的表面污渍进行初步清洗，然后将初步清洗后的衬底基片放入装有去离子水的干净玻璃器皿内，并放入超声清洗机内进行超声清洗，清洗时间为20min，然后使用酒精代替上述去离子水，再次进行超声清洗，清洗时间也是20min；
(2)在衬底基片上镀下层膜，其具体过程为：将衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀下层膜操作，该步骤的靶材为Al，镀膜条件为真空度为3.0E-4Pa，溅射功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀膜时间为20min；
(3)将步骤(2)已镀下层膜的衬底基片进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其截止电压为70V，电流为3mA/cm2，阳极氧化处理时间为125s；所用电解液为0.3mol/L酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为1∶4；
(4)将步骤(3)已完成阳极氧化处理的衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀中层膜操作，该步骤的靶材为BaSrTiO4，镀膜条件为真空度为3.0E-4Pa，溅射功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀膜时间为5min；
(5)将步骤(4)的已镀中层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀上层膜操作，同样是以Al为靶材，镀膜条件与步骤(2)相同，溅射时长为8min；
(6)将步骤(5)已镀中层膜的衬底基片进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其电压为70V，电流为3mA/cm2，阳极氧化处理时间为111s；所用电解液为0.3mol/L酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为1∶4；
(7)将步骤(6)已完成阳极氧化处理的衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀铝电极操作，该步骤的靶材为Al，镀电极条件为真空度≤10-1Pa，溅射功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀电极时间为30min。
对比例2一种多层固态薄膜电容器
所述电容器的制备包括以下步骤：
(1)先使用无尘布与洗涤剂对衬底基片的表面污渍进行初步清洗，然后将初步清洗后的衬底基片放入装有去离子水的干净玻璃器皿内，并放入超声清洗机内进行超声清洗，清洗时间为20min，然后使用酒精代替上述去离子水，再次进行超声清洗，清洗时间也是20min；
(2)在衬底基片上镀下层膜，其具体过程为：将衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀下层膜操作，该步骤的靶材为Al，镀膜条件为真空度为3.0E-4Pa，溅射功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀膜时间为20min；
(3)将步骤(2)已镀下层膜的衬底基片进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其电压为70V，电流为3mA/cm2，阳极氧化处理时间为125s；所用电解液为0.3mol/L酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为1∶4；
(4)将步骤(3)已完成阳极氧化处理的衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀中层膜操作，该步骤的靶材为BaSrTiO4，镀膜条件为真空度为3.0E-4Pa，功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀膜时间为7.5min；
(5)将步骤(4)的已镀中层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀上层膜操作，同样是以Al为靶材，镀膜条件与步骤(2)相同,溅射时长为8min；
(6)将步骤(5)已镀上层膜的衬底基片进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其电压为70V，电流为3mA/cm2，阳极氧化处理时间为111s；所用电解液为0.3mol/L酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为1∶4；
(7)将步骤(6)已完成阳极氧化处理的衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀铝电极操作，该步骤的靶材为Al，镀电极条件为真空度≤10-1Pa，溅射时功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀电极时间为30min。
对比例3一种多层固态薄膜电容器
如图2所示，所述电容器包括衬底基片、底层膜、阳极氧化膜及电极；所述底层膜沉积在衬底基片的表面，所述阳极氧化膜为先对下层膜进行阳极氧化，镀中层膜后再次进行阳极氧化而形成的阳极氧化膜，从下到上依次包括Al2O3、BaSrTiO4、Al2O3三个氧化层；所述上层膜材料均为Al，所述中层膜为BaSrTiO4，所述电极为铝电极，所述底层膜为下层Al膜未完全氧化形成。
上述多层固态薄膜的制备方法，步骤如下：
(1)先使用无尘布与洗涤剂对衬底基片(ITO导电硅硼基玻璃片)的表面污渍进行初步清洗，然后将初步清洗后的衬底基片放入装有去离子水的干净玻璃器皿内，并放入超声清洗机内进行超声清洗，清洗时间为20min，然后使用酒精代替上述去离子水，再次进行超声清洗，清洗时间为20min；
(2)在衬底基片上镀下层膜，其具体过程为：将衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀下层膜操作，该步骤的靶材为Al，镀膜条件为真空度为3.0E-4Pa，溅射时功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀膜时间为20min；
(3)将步骤(2)已镀上下层膜的衬底基片进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其电压为70V，电流为3mA/cm2，阳极氧化处理时间为125s；所用电解液为0.3mol/L酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为1∶4；
(4)将步骤(3)已完成阳极氧化处理的衬底基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀中层膜操作，该步骤的靶材为BaSrTiO4，镀膜条件为真空度为3.0E-4Pa，溅射功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀膜时间为10min；
(5)将步骤(4)已镀上中层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀上层膜操作，同样是以Al为靶材，镀膜条件与步骤(2)相同，溅射时长为8min；
(6)将步骤(5)已镀上层膜的衬底基片进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其电压为70V，电流为3mA/cm2；所用电解液为0.3mol/L，阳极氧化处理时间为111s；酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为1∶4；
(7)将步骤(6)已完成阳极氧化处理的衬底基片入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀铝电极操作，该步骤的靶材为Al，镀电极条件为真空度≤10-1Pa，溅射时功率为150W，氩气(99.999％)通入速率为20SCCM，镀电极时间为30min。
对比例3对应图6的表面扫描电镜图，可以明显看出对比例表面的Al2O3上层，BaSrTiO4层和下层Al2O3层(图上所标的TA_ABST)。将实施例与对比例的SEM图进行对比可以看出，实施例的氧化层只有一层，为Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3氧化膜，而对比例的氧化层有三层，分别为Al2O3、BaSrTiO4、Al2O3。
实验例1电容器性能测试
(1)介电常数
图7、8分别为实施例1-3制备的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器和对比例1-3制备的多层固态薄膜电容器的介电常数的频率依赖图，两张图均可以看出介电常数随着阳极氧化前中层BaSrTiO4厚度的增加有明显的上升，这是因为BaSrTiO4具有较高的介电常数，且在阳极氧化操作后对电容器整个系统性能起一定的作用。从单个样品角度分析，这两种电容器的介电常数都是随着频率的增大而出现介电常数先下降后上升的趋势。将两种电容器做对比，发现在同一频率下多层固态薄膜电容器的介电常数均比Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器高，这是因为经过两次阳极氧化形成的多层固态薄膜电容器的空间电荷极化比只经历一次阳极氧化形成的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器要高，但是这也是导致经过两次阳极氧化形成的多层固态薄膜电容器中的薄膜缺陷更多，而缺陷越多，薄膜的耐击穿能力就越差。
(2)击穿场强
图9、10分别为实施例1-3制备的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器和对比例1-3制备的多层固态薄膜电容器的击穿场强威布尔分布图，从图上可知阳极氧化后的薄膜电容器的耐击穿能力随着阳极氧化前中层BaSrTiO4厚度的增加而产生较大幅度的降低，这是因为在薄膜电容器中BaSrTiO4起到了主导作用所导致，BaSrTiO4的介电常数极高，但耐击穿能力低。从图上可知，实施例1-3的击穿强度分别为606MV/m、477MV/m、367MV/m，而对比例1-3的击穿强度分别为195MV/m、143MV/m、74MV/m。两张图对比可知，只经历一次阳极氧化形成Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的击穿强度是经过两次阳极氧化形成的多层固态薄膜电容器的三到五倍，这是因为只经历一次阳极氧化而形成的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的薄膜缺陷更少，使其在强电场下发生缺陷修复的现象，使Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3形成稳定的结构，从而使击穿强度得到大幅度的提升。
综上所述，只经过一次阳极氧化处理，且阳极氧化处理前中层BaSrTiO4溅射时间为5min的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器性能更佳。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器，其特征在于，所述电容器包括衬底基片、阳极氧化膜及电极；所述阳极氧化膜为通过对上层膜、中层膜及下层膜进行阳极氧化而形成的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3薄膜；所述上层膜和下层膜材料均为Al，所述中层膜为BaSrTiO4，所述底层膜由下层Al膜未完全氧化形成。
2.根据权利要求1所述的一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器，其特征在于，所述阳极氧化从上层膜开始逐渐往中层膜、下层膜进行，共只进行一次阳极氧化处理。
3.根据权利要求1所述的一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器，其特征在于，所述阳极氧化并未对下层膜完全氧化，剩余未氧化部分为底层膜，所述底层膜沉积在衬底基片的表面。
4.根据权利要求1所述的一种Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器，其特征在于，所述电极为铝电极。
5.权利要求1-3任一项所述的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将基片放入高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀下层膜操作，其镀下层膜的镀膜条件为真空度为2.0E-4-4.0E-4Pa，使用Al靶材，且溅射时功率为100-200W，氩气通入速率为10-30SCCM，镀膜时间为15-55min；
S2、将步骤S1已镀下层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀中层膜操作，镀膜条件为真空度为2.0E-4-4.0E-4Pa，使用BaSrTiO4靶材，溅射功率为100-200W，氩气通入速率为10-30SCCM，镀膜时间为5-10min；
S3、将步骤S2已镀中层膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀上层膜操作，镀膜条件与步骤S1相同，镀膜时间为5-15min；
S4、阳极氧化处理：采用恒压法对步骤S3的衬底基片、下层膜、中层膜、上层膜同时进行阳极氧化处理，在阳极氧化处理的过程中，其截止电压范围为5-300V，电流为1-5mA/cm2，时间为300-400s，得到沉积在衬底基片上的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜；
S5、将步骤S4已沉积Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜的衬底基片继续置于高真空多靶磁控溅射镀膜系统中进行镀电极操作，即可制备得到Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器。
6.根据权利要求5所述的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化处理所用的电解液为酒石酸铵水溶液与乙二醇的混合液体。
7.根据权利要求6所述的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化处理所用的电解液为0.1-0.4mol/L酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合溶液，且酒石酸铵水溶液与丙二醇的混合体积比例为(0.5-2)：(2-5)。
8.根据权利要求6所述的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化处理的截止电压范围为195-200V，电流为1-3mA/cm2，时间为360-476s。
9.根据权利要求5所述的Al2O3/BaSrTiO4/Al2O3多层固态薄膜电容器的制备方法，其特征在于，镀电极的条件为真空度≤10-1Pa，使用Al靶材，溅射功率为100-200W，氩气通入速率为10-30SCCM，时间为20-50min。
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