本发明专利技术涉及一种具有高度(110)择优取向的钌酸锶薄膜的制备方法，以表面有一层SiO2缓冲层的硅片为衬底，采用SrRuO3靶材在400～700℃的温度范围内溅射获得所述具有高度(110)择优取向的SrRuO3薄膜，所述方法包括：将清洁的衬底样品放入溅射仪中，抽真空至3×10-4～6×10-4Pa；通入氩气与氧气作为溅射气体，控制溅射气体的总压为5Pa～15Pa,且氧分压为50%以下，优选10～30%，采用SrRuO3靶材利用射频磁控溅射的方式沉积SrRuO3薄膜，其中溅射功率70～90W。本发明专利技术在硅片上生长的SRO薄膜具有结晶温度低，高度（110）择优取向以及低表面电阻率等优点，能够在硅基上诱导铁电压电薄膜的择优取向生长，且表面粗糙度低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能薄膜材料与器件
具体涉及在硅基上制备可作为铁电、压电、热释电等薄膜材料与器件的电极使用的具有高度(I1)择优取向的钌酸锶(SrRuO3)薄膜的方法。
技术介绍
铁电压电材料的性能与其结构密切相关，对于强各向异性的铁电压电氧化物而言，不同的晶体学取向会带来其铁电性、压电性的极大差异。为了得到某些良好的物性，必须控制薄膜的取向。一般情况下，在制备薄膜的过程中控制其取向主要通过以下方法来实现，即根据具体的薄膜材料的结构选择适当的衬底，利用衬底自身的取向来影响和控制所制备薄膜的取向。例如使用取向不同的SrTi03、LaAlO3等单晶衬底材料来诱导压电薄膜的取向。这种方法被用来制备高品质外延、单晶或择优取向铁电压电薄膜，并为研究铁电压电薄膜中的物理问题，如铁电畴结构、相变行为及畴反转动力学等创造了良好的条件。然而，单晶衬底材料价格昂贵，且不利于与半导体工业集成。所以，如何在半导体工业广泛使用的Si衬底上实现薄膜的取向控制生长，依然是一个亟待解决的问题。SrRuO3 (SRO)具有高的电导率，高的化学稳定性和热稳定性，与目前广泛研究的铁电压电材料(如PZT，BST等)具有类似的晶体结构和良好的晶格匹配，可诱导其择优取向生长。因此，SRO被公认为是铁电压电薄膜器件理想的电极材料之一，如用在非制冷红外焦平面阵列，微电子机械系统器件及非易失性铁电随机存储器等器件方面。虽然SRO具有良好的化学稳定性和热稳定性，但在高温下当SRO直接溅射在硅片上时，由于存在式⑴所示的化学反应，会引起SRO和Si之间不稳定的界面接触:SrRu03+Si — Sr0+Ru+Si02 (I)。因此如何在硅基上选用合适的缓冲层来改善两者间的界面问题与促进薄膜的择优取向生长是目前存在的两方面技术问题。
技术实现思路
面对现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种以硅片为衬底、以S12S缓冲层且能够在低温下制备高度(110)择优取向的SRO薄膜的方法。在此，本专利技术提供一种低温下制备具有高度(110)择优取向的SRO薄膜的方法:以表面有一层S12缓冲层的硅片为衬底，采用SrRuO 3靶材在400?700°C的温度范围内溅射获得所述具有高度(110)择优取向的SrRuOJ^膜所述SRO薄膜可通过如下方法制备:将清洁的衬底样品放入溅射仪中，抽真空至3X10 4?6X10 4Pa ;通入氩气与氧气作为溅射气体，控制溅射气体的总压为5Pa?15Pa，且氧分压为50%以下，优选10?30%，采用SrRuO3靶材利用射频磁控溅射的方式沉积SrRuO3薄膜，其中溅射功率70?90W。较佳地，所述S1gl冲层的厚度为300nm。较佳地，所述SrRuOjE材通过如下方法制备:以SrCO 3和RuO 2为原料，混合研磨后压制成块体，然后在1400?1600°C高温下烧结10?15小时，制成SrRuO3靶材，SrCOjPRuO2的摩尔比为1:1。较佳地，所述SrCOjP RuO 2原料的纯度为99.0%以上。较佳地，在采用射频磁控溅射的方式沉积SRO薄膜中，溅射时间为30?90分钟。本专利技术的有益效果:通过采用磁控溅射的方法，通过调整溅射工艺，可在较低的温度范围内(400?700°C )溅射获得晶态的且具有高度(110)择优取向的SRO薄膜。本专利技术在硅片上生长的SRO薄膜具有结晶温度低，高度(110)择优取向以及低表面电阻率等优点，能够在硅基上诱导铁电压电薄膜的择优取向生长，且表面粗糙度低，非常有望实现与硅基半导体集成电路兼容，作为一种良好的电极材料而被应用在非易失性铁电存储器或其它基于压电薄膜的微型电子器件中。【附图说明】图1为采用本专利技术方法在不同的沉积温度下所制备的SRO薄膜的表面电阻率变化图； 图2为采用本专利技术方法在不同的沉积温度下所制备的SRO薄膜的XRD图； 图3为采用本专利技术方法在不同的沉积温度下所制备的SRO薄膜的表面SEM图； 图4为本专利技术的最佳实例所得样品的XRD图； 图5为本专利技术的最佳实例所得样品的断面SEM图； 图6为本专利技术的最佳实例所得样品的AFM图； 图7为本专利技术的最佳实例所得样品在5K?300K范围内的表面电阻率变化图。【具体实施方式】以下结合附图及下述【具体实施方式】进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式和/或附图仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在此，本专利技术提供一种低温下制备具有高度(110)择优取向的SRO薄膜的方法:以表面有一层S12作为缓冲层的硅片为衬底，采用SRO靶材在400?700°C的温度范围内溅射获得所述具有高度(110)择优取向的SRO薄膜。本专利技术通过采用磁控溅射的方法，通过调整溅射工艺，可在较低的温度范围内(400?700°C )溅射获得晶态的且具有高度(110)择优取向的SRO薄膜。本专利技术在硅片上生长的SRO薄膜具有结晶温度低，高度(110)择优取向以及低表面电阻率等优点，能够在硅基上诱导铁电压电薄膜的择优取向生长，且表面粗糙度低，非常有望实现与硅基半导体集成电路兼容，作为一种良好的电极材料而被应用在非易失性铁电存储器或其它基于压电薄膜的微型电子器件中。具体而言，本专利技术的方法可以包括如下步骤: (I)SrRuO3(SRO)溅射用靶材的制备:用纯度为99.0%的SrCO3和RuO2粉末按1:1的Sr、Ru原子比混合研磨(例如球磨10?14h)球磨10?14h后，在700?900°C下保温10?14h合成；细磨22?26h后加入质量分数为5?8%的PVA水溶液造粒，预成型后在150?250MPa的压力下冷等静压成型，最后在1400?1600°C高温下烧结10?15小时，制成SRO靶材； (2)SRO薄膜的制备:将购置的Si02/Si(100)衬底(购置于合肥科晶，其中S12缓冲层的厚度为300nm)分别置于三氯乙烯、丙酮、酒精、去离子水中超声洗净，烘干，然后放入溅射仪中，抽真空至3X 10 4?6X 10 4Pa ;然后对衬底加热，使其保持在400?700°C ;再通入氩气和氧气作为溅射气体，其中氧分压为O?50%，优选10?30%，并使溅射气体的总气压保持在5?15Pa，采用SRO靶材利用射频磁控溅射的方式沉积SRO薄膜，溅射功率为70?90W，溅射时间根据薄膜厚度而定，例如30?90分钟。图1为采用本专利技术方法在不同的沉积温度下所制备的SRO薄膜的表面电阻率变化曲线。可以看出薄膜的表面电阻率随着沉积温度的上升呈降低的趋势。图2为当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温下制备具有高度（110）择优取向的SrRuO3薄膜的方法，其特征在于，以表面有一层SiO2缓冲层的硅片为衬底，采用SrRuO3靶材在400～700℃的温度范围内溅射获得所述具有高度(110)择优取向的SrRuO3薄膜，所述方法包括：将清洁的衬底样品放入溅射仪中，抽真空至3×10‑4～6×10‑4Pa；通入氩气与氧气作为溅射气体，控制溅射气体的总压为5Pa～15Pa,且氧分压为50%以下，优选10～30%，采用SrRuO3靶材利用射频磁控溅射的方式沉积SrRuO3薄膜，其中溅射功率70～90W。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王根水，朱明康，董显林，陈莹，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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