一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法及压电薄膜技术

本发明专利技术公开了一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法及压电薄膜，所述方法将制备的所述氧化物的溶胶‑凝胶液旋涂到基板上，然后进行90～330℃的加热处理使涂层形成非晶态固体层，在非晶态固体层表面涂上光刻胶，并进行图形化处理，再将结构材料放入等离子体处理设备中进行表面处理，除去光刻胶，最后对表面处理后的所述氧化物非晶态固体层进行600～750℃的高温处理，使之结晶，得所述压电薄膜成品；所述方法容易实现，制备的压电薄膜稳定性好，集成度高。

【技术实现步骤摘要】
一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法及压电薄膜
本专利技术涉及压电材料及其制备
，特别涉及一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法及压电薄膜。
技术介绍
具有钙钛矿结晶结构的锆钛酸铅（PZT）薄膜材料作为一种压电材料，在传感器、微驱动器和存储器等领域得到广泛使用。不同晶体取向的PZT的特性不同，适合的应用领域也不同。例如，（111）取向的PZT有较大的剩余极化Pr，适合铁电存储器（FRAM）的制造；而（100）取向的PZT介电常数较大，适合动态随机存储器（DRAM）的制造。随着电子器件集成化程度的提高，FRAM和DRAM需要集成在一起的时候，传统制造方法是在不同的晶圆上分别制造出FRAM和DRAM，然后将他们集成到一起，这种方法过程复杂，而且得到的系统集成度低。日本公开特许公报，2015-146389公开了一种利用局部加热方法使不同区域经历不同的加热处理过程，从而实现在同一基板上得到具有不同晶体取向的压电薄膜的方法；但是，因为氧化物压电薄膜材料的结晶温度比较高，根据热传导原理，将局部加热到可结晶温度，又要不影响周边器件的制作，器件之间必须保持在一定距离以上，这必将降低器件的集成度；另外，局部的加热会造成基板内的应力分布不均，从而对各种器件的稳定性造成损害。可见，现有技术还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法及压电薄膜，旨在解决现有技术中在一块基板上制备不同取向的压电薄膜的缺陷，实现在一块基板上制备稳定性好、集成度高的多取向压电薄膜。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：A.在基板上形成所述氧化物的非晶态固体层；B.在步骤A中形成的所述氧化物的非晶态固体层的表面上形成图形化掩盖物，对非晶态固体层的表面进行部分覆盖，然后对前述材料进行等离子体表面处理，表面处理完后去除所述非晶态固体层表面上的图形化掩盖物;C.将经步骤B处理后的所述氧化物的非晶体固体层进行加热处理，得多取向结晶化氧化物压电薄膜。所述多取向氧化物压电薄膜的制备方法中，所述步骤B中未覆盖区域的压电薄膜的主晶体取向为（111），并且所述未覆盖领域的压电薄膜的111）晶体取向的强度占各种晶体取向强度的总和的50%以上。所述多取向氧化物压电薄膜的制备方法中，所述步骤B中所述等离子表面处理是在真空或大气条件下进行。所述多取向氧化物压电薄膜的制备方法中，所述压电薄膜的晶体厚度为20～200nm。所述多取向氧化物压电薄膜的制备方法中，该制备方法还包括：以步骤C处理后的压电薄膜为基底，通过外延沉积增加所述压电薄膜的膜厚，增厚的压电薄膜中的晶体取向分布与步骤C中得到的氧化物压电薄膜的晶体取向分布相同。所述多取向氧化物压电薄膜的制备方法中，所述氧化物压电薄膜以Pb，Zr，Ti，Ba，Bi，Fe，Sn，Sr中的两种以上为主要成分。一种多取向压电薄膜，该压电薄膜是一种以铅、锆和钛为主要成分的氧化物压电薄膜，并包括镧、铌、锰、铁、钙、镉、锶、锗中的至少一种。所述多取向压电薄膜中，该压电薄膜的基底材料包括硅片、砷化镓、氮化镓、铁、铜、镍、铝、钛、氧化镁、氧化铝、聚酰亚胺中的一种。有益效果：本专利技术提供了一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法及压电薄膜，所述方法通过在低温加热后的薄膜中间体表面涂上光刻胶进行图形化处理，然后再进行等离子体处理和高温处理，实现了在同一块压电薄膜经过相同的温度处理后得到不同取向的晶体区域；形成的压电薄膜的不存在应力分布不均的现象，稳定性好，集成度高。附图说明图1为本专利技术提供的所述多取向氧化物压电薄膜的制备方法的流程图。图2为增加所述多取向氧化物压电薄膜膜厚的方法流程图。图3为所述多取向锆钛酸铅压电薄膜经过等离子体处理的区域的XRD图。图4为所述多取向锆钛酸铅压电薄膜没有经过等离子体处理的区域的XRD图。具体实施方式本专利技术提供一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法及压电薄膜，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，本专利技术提供一种多取向的氧化物压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：A.在基板上形成非晶态固体层。本实施例中，通过旋涂法将作为所述氧化物压电薄膜前驱体的溶胶-凝胶液旋涂到基板上；对前述涂层进行80～350℃的加热处理，使所述涂层形成非晶态固体层；这一加热过程可以基本除去涂层中的主溶媒并部分去除涂层中的有机物，使涂层形成一种非晶态固体层；B.在步骤A中加热后形成的非晶态固体层表面形成图形化覆盖物。本实例中图形化覆盖物的形成是在所述非晶态固体层表面涂上光刻胶，并进行图形化处理，处理后的材料放入等离子体处理设备中进行等离子表面处理；本实施例中，对所述非晶态固体层进行90～110W，8～20s的等离子表面处理；然后用丙酮除去表面残留的光刻胶。C.对步骤B处理后的非晶态固体层加热，使其变为结晶体，得压电薄膜成品。本实施例中，对等离子处理后的非晶态固体层400～750℃，加热1～10min，使其变为结晶体。上述方法中，所述图形化覆盖物是由光刻胶图形化形成，也可以采用金属掩模版作为图形化覆盖物；对于精度要求不高的情况下，采用金属掩模版的处理方法简单，可降低工艺成本和时间。经过等离子化处理后，未被遮挡的表面区域经过等离子体处理，被遮挡的表面的区域没有经过离子化处理，这些区域在加热过程中会形成不同的晶体取向，经过等离子体处理的区域会形成（111）取向为主的晶体，本实施例采用PZT压电材料，其XRD图如图3所示；没有经过等离子体处理的区域会形成（100）取向为主的晶体，其XRD图如图4所示；图3和图4的X射线衍射结果中，I（xyz）/∑I（hkl）>50%,其中，I（xyz）为XRD结果中某一指定晶体取向强度，∑I（hkl）为各种晶体取向强度的总和。所述方法中压电薄膜各个区域所经历相同的加温过程，不会产生因加热不均所引起的应力分布不均匀的现象；不同的取向的晶体区域的大小由光刻图形决定，精度高，集成度好。具体地，所述压电薄膜的晶体厚度为20～200nm；采用上述方法一次行成的压电薄膜的厚度为一般不超过200nm，在实际应用中可以根据需要增加压电薄膜的厚度。如图2所示，进一步地，以步骤C处理后的压电薄膜为基底，通过外延沉积增加所述压电薄膜的膜厚，增厚的压电薄膜中的晶体取向分布与步骤C中得到的氧化物压电薄膜的晶体取向分布相同；因为第一层压电薄膜的晶体取向会决定后续薄膜的晶体取向，所以在增加压电薄膜的厚度时，可以不再对压电薄膜进行等离子表面处理；另外，要得到厚度比较大的压电薄膜，还可以用等离子体处理后的PZT氧化物的结晶薄膜为基底，在其上面用物理沉积的方法，如磁控溅射法，来获得具有（111）晶体取向的PZT氧化物的厚膜。具体地，所述PZT溶胶-凝胶液以乙酸铅、正丙醇锆、钛酸正丁酯为原料，二甲氧基乙醇为共通溶媒的混合溶液，其中形成PZT固体的成分浓度为0.1～1.2M/L；PZT溶胶-凝胶液也可以采用乙酸铅，丙醇锆，异丙醇钛为原料，羧基酸冰乙酸为溶剂；还可以用乙酸铅，1-丁醇锆盐，钛酸四异丙酯为原料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A.在基板上形成所述氧化物的非晶态固体层；B.在步骤A中形成的所述氧化物的非晶态固体层的表面上形成图形化掩盖物，对非晶态固体层的表面进行部分覆盖，然后对前述材料进行等离子体表面处理，表面处理完后去除所述非晶态固体层表面上的图形化掩盖物;C. 将经步骤B处理后的所述氧化物的非晶体固体层进行加热处理，得多取向结晶化氧化物压电薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种多取向氧化物压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A.在基板上形成所述氧化物的非晶态固体层；B.在步骤A中形成的所述氧化物的非晶态固体层的表面上形成图形化掩盖物，对非晶态固体层的表面进行部分覆盖，然后对前述材料进行等离子体表面处理，表面处理完后去除所述非晶态固体层表面上的图形化掩盖物;C.将经步骤B处理后的所述氧化物的非晶体固体层进行加热处理，得多取向结晶化氧化物压电薄膜。2.根据权利要求1所述的多取向氧化物压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B中未覆盖区域的压电薄膜的主晶体取向为（111），并且所述未覆盖领域的压电薄膜的（111）晶体取向的强度占各种晶体取向强度的总和的50%以上。3.根据权利要求1所述的多取向氧化物压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B中所述等离子表面处理是在真空或大气条件下进行。4.根据权利要求1所述的多取向氧化物压电薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈显锋，
申请(专利权)人：佛山市卓膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44