本发明专利技术提供了一种钛酸锶钡薄膜材料的制备方法，该方法采用Ｂａ（ｄｆｈｄ）↓［２］（ｔｅｔｒａｇｌｙｍｅ）、Ｓｒ（ｄｆｈｄ）↓［２］（ｔｅｔｒａｇｌｙｍｅ）、ＴＴＩＰ－Ｔｉ（ＯＣ↓［３］Ｈ↓［７］）↓［４］作为前驱物，用氧气作为反应气体，用氩气作为运载气体，采用两阶段生长法快速沉积钛酸锶钡（ＢＳＴ）薄膜，即在６５０－７００℃为成核阶段，在８００－８５０℃为生长阶段，然后在４００－６００℃有氧的气氛中进行热处理。由于从成核阶段到生长阶段采用快速升温，可以消除不理想的晶核形成和扩散过程。因此，采用本发明专利技术的方法得到了具有高度取向，粒度大小均匀的ＢＳＴ薄膜。该薄膜是用于动态随机存取存储器、单片微波集成电路、介质移相器、压控滤波器、非制冷红外焦平面阵列的理想材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铁电薄膜材料的生长方纟去，具体是指一种基于化学汽相沉 积法制备钛酸锶钡薄膜材料的方法。
技术介绍
铁电薄膜材料是指具有铁电特性并且厚度在数十纳米到数微米的薄膜材 料，它具有铁电、压电、热释电、电学、光学等一系列优良性能。铁电薄膜材 料主要应用在三个领域中微波器件(如滤波器，移相器)、存储器(如铁电随机 存储器)、微系统(如微型传感器阵列)。将Sr原子部分取代BaTi03中的Ba原子， 我们就可以得到钛酸锶钡(Ba，Sr)Ti03(简称BST)。BST铁电薄膜具有介电系数大、 非线性强、损耗因子小、漏电流小、不易疲劳且通过调整Ba, Sr比可以改变其 居里温度等特点，因而国内外对BST铁电薄膜的制备、组成、结构、性能及应 用等方面进行了大量研究，并取得了一些令人可喜的成果。目前制备BST铁电薄膜技术比较成熟的常用方法主要有磁控溅射法 (Magnetron Sputtering)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(Sol-gel)、金属有机 物化学气相沉积法(MOCVD)。国内大多采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法。中国专 利CN1932080A的""，该专利介绍了钛酸 锶钡薄膜材料的磁控溅射制备方法，采用该方》去制备的薄膜，其不足之处是生 长速度慢，薄膜成分与靶材有一定的偏差。而中国专利CN1277953C的"制备 钛酸锶钡铁电薄膜的方法"，该专利介绍了钛酸锶钡铁电薄膜材料的Sol-Gel制备方法，采用该方法制备的薄膜致密性较差，易出现龟裂现象。金属有机化学气相沉积法(MOCVD)是一种化学气相沉积技术，利用MO源(高纯金属有机化合物)作为气态先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜。人们利用同位素示踪技术研究揭示了 MOCVD制备BST薄膜的两个成膜反应氧化过程和前驱体分子的热分解过程。这种方法的优点是薄膜沉积速率较高，可制备大面积薄膜，适于大批量生产，能精确控制薄膜的化学组分和厚度，薄膜纯度高等。但是，由于BST铁电薄膜其复杂的结构和元素 组成，因此使用MOCVD系统生长的BST铁电薄膜的质量、工艺兼容性等与实 用化要求还有较大距离，对BST铁电薄膜的沉积工艺、微结构、介电性能等方 面有待进一步研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于金属有机化学气相沉积法的快速加热金属有 机化合物化学气相沉积(RT-MOCVD)法，该方法采用两阶段生长过程来生长BST 薄膜。它包括低温( 70(TC)的成核阶段和高温( 85(TC)的生长阶段。这种方 法具有快速使反应腔的温度从低温到达高温，这样就可以消除不理想的晶核形 成和扩散过程，从而得到一种纯度高、质量好、铁电性能优良的BST薄膜。本专利技术的方法是在金属有机化学气相沉积系统中完成，利用钡、锶、钛和 氧源作为前驱物，氩气作为前驱物的运载气体，在衬底上快速加热完成BST薄 膜的生长。最后将BST薄膜放在热处理炉中进行热处理。本专利技术的钛酸锶钡薄膜材料的制备步骤如下A.衬底的清洗和氧化将衬底放在金属有机化学气相沉积系统的反应腔里的样品架上，使系统循 环水的温度保持在25'C,通氩气使反应腔里的压力稳定在l-4Torr，快速加热至IOO(TC，在氩气气氛中清洗衬底，时间1-5分钟；接着将温度降至90(TC、再通氧气，流量为100-200sccm，在氩气和氧气的 混合气氛下，压力稳定在2-4 Torr，保持1-5分钟，氧化衬底。B. BST薄膜材料的生长原位将衬底温度降至650-700°C，在上述的氩气和氧气的混合比和气压下， 向反应腔内通入钛、钡、锶的前驱物，保持20-30分钟进行BST的晶核生长； 接着快速升温，升温速率大于200°C/s，将温度升到800-850°C，保持30-60分 钟，完成BST薄膜的生长，随后在氩气的气氛中冷却到室温。C. BST薄膜的热处理将沉积好的BST薄膜从反应腔中取出后，立即放 入洁净小坩埚内，然后将小坩埚置于热处理炉的石英管中，在氧气流量为 0.5-2L/min条件下，在200分钟内使热处理炉从室温匀速升温至400-60(TC后， 保温l小时；然后再在250分钟内使热处理炉内的温度匀速降至15(TC，然后关 闭氧气和电源，降至室温取出。本专利技术方法的优点是使用两阶段生长过程来生长BST薄膜，它包括在低 温( 700。C)的成核阶段和在高温( 85(TC)的生长阶段。BST的晶核生长到薄膜 生长的升温速度快，超过20(TC/s。这样就可以消除不理想的晶核形成和扩散过 程。与一般的MOCVD相比，它生长的BST薄膜样品除具有一般MOCVD生长 的BST薄膜样品特点外，还具有高度取向，粒度大小均匀，铁电性能优良等特 占。"、、o附图说明图1为用本专利技术方法制备的BST薄膜的XRD图谱曲线1为实施例1条件下得到的XRD图谱，曲线2为实施例2条件下 得到的XRD图谱。具体实施例方式下面将本专利技术的BST薄膜制备工艺作如下的详细说明§1.用丙酮、去离子水、甲醇、去离子水依次清洗衬底，衬底干燥后放 进金属有机化学气相沉积系统的反应腔内，通入氩气，使反应腔内的压力保持在l-4Torr，接通系统的冷却水，使整个生长过程的循环水温度保持在25°C 。所 说的衬底材料为MgO或(001)SrTiO3。§2.快速加热衬底，将衬底温度升至100(TC，保持l-5分钟，清洗衬底。§3.然后将衬底温度降温至900°C，保持1-5分钟并同时通入氧气，流量 为100-200sccm，压力稳定在2-4Torr，在氩气和氧气的混合气氛下氧化衬底。§4. BST薄膜的成核阶段再将温度降至650-700°C，保持20-30分钟， 同时通入前驱物Ba(dfhd)2(tetraglyme) 、 Sr(dfhd)2(tetraglyme)和 TTIP -Ti(OC3H7)4 ， 其中 Hdflid = 1，1,1,2，2,6,6,7，7,7画dekafluoroheptane画3，5-dione， tetraglyme = 2,5,8,11,14- pentaoxopentadecane; TTIP= Titanium tetraisoproxide，分 别作为Ba、 Sr和Ti源；流量分别为50-70sccm、 50誦70sccm、 15-25sccm;源的 温度分别为100-125°C、 100画125。C、 50-70。C。§5. BST薄膜的生长阶段快速升温，升温速率大于20(TC/s，将温度升 到800-850°C，保持30-60分钟进行薄膜生长。随后关闭氧气，使反应腔内的BST 薄膜样品在氩气气氛中降至室温。§6. BST薄膜样品的热处理将沉积好的BST薄膜从系统的反应腔中取 出后，立即放入洁净小坩埚内，然后将小坩埚置于热处理炉的石英管中，在氧 气流量为1L/min条件下，热处理炉采用碳棒或电阻丝加热，采用智能温度调节 仪控制好炉温的升降温程序在200分钟内使炉内温度从室温匀速升温至500 "C后，保温1小时，再在250分钟内使炉内的温度匀速降至15(TC，然后关闭氧气和电源，完成整个BST薄膜的生长。实施例1 -将清洗好的(001)SrTiO3衬底放入反应腔内，通入氩气，使反应腔内的压力 保持在1Torr，接通系统的冷却水，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛酸锶钡薄膜材料的制备方法，具体步骤如下：Ａ．衬底的清洗和氧化将衬底放在金属有机化学气相沉积系统的反应腔里的样品架上，使系统循环水的温度保持在２５℃，通氩气使反应腔里的压力稳定在１－４Ｔｏｒｒ，并对衬底加热至１０００℃， 保持１－５分钟，在氩气气氛中清洗衬底；接着将温度降至９００℃、再加入氧气，流量为１００－２００ｓｃｃｍ，在氩气和氧气的混合气氛下，压力稳定在２－４Ｔｏｒｒ，保持１－５分钟，氧化衬底；Ｂ．钛酸锶钡薄膜材料的生长Ｃ．钛酸 锶钡薄膜材料的热处理将沉积好的钛酸锶钡薄膜从反应腔中取出后，立即放入洁净小坩埚内，然后将小坩埚置于热处理炉的石英管中，在氧气流量为０．５－２Ｌ／ｍｉｎ条件下，在２００分钟内使热处理炉从室温匀速升温至４００－６００℃后，保温１小时；然 后再在２５０分钟内使热处理炉内的温度匀速降至１５０℃，然后关闭氧气和电源，降至室温取出；所说的Ｂ步骤的钛酸锶钡薄膜材料的生长，其特征在于：原位将衬底温度降至６５０－７００℃，在上述的氩气和氧气的混合比和气压下，向反应腔内通入钡、锶、 钛的前驱物，保持２０－３０分钟，进行钛酸锶钡的晶核生长；接着以大于２００℃／ｓ的升温速率将温度升到８００－８５０℃，保持３０－６０分钟，完成钛酸锶钡薄膜的生长，随后在氩气的气氛中冷却到室温。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：褚君浩，江锦春，石富文，
申请(专利权)人：上海太阳能电池研究与发展中心，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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