一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜及其制备方法；该制备方法在高温、高氧压环境下，利用超高真空射频磁控溅射技术，通过等离子体对靶材轰击，使靶材粒子沉积在基片上，并实现外延生长，得到BZT外延薄膜。因射频磁控溅射技术的特点，本身薄膜的生长速度较慢，使得通过该方法制备出的薄膜晶粒尺寸均匀，薄膜表面平整，结晶度好，结合BaZr0.2Ti0.8O3陶瓷靶材优良的储能特性，使其该陶瓷靶材作为BT‑基储能材料的储能特性进一步增强。

A High Reliability BZT Lead-Free Epitaxy Single Crystal Energy Storage Film and Its Preparation Method

The invention discloses a high reliability BZT lead-free epitaxial single crystal energy storage film and a preparation method thereof. The preparation method uses ultra-high vacuum radio frequency magnetron sputtering technology to bombard the target material by plasma under high temperature and high oxygen pressure, so that the target particles are deposited on the substrate, and the epitaxy growth is realized, and the BZT epitaxy film is obtained. Due to the characteristics of radio frequency magnetron sputtering technology, the growth rate of the films is slow, which makes the films prepared by this method have uniform grain size, smooth surface and good crystallinity. Combining with the excellent energy storage characteristics of BaZr0.2Ti0.8O3 ceramic target, the energy storage characteristics of the ceramic target as BT-based energy storage material are further enhanced.

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜及其制备方法
本专利技术涉及储能薄膜材料领域，具体涉及一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜及其制备方法。
技术介绍
随着各种电子设备的微型化、集成化与多功能化，对电子元器件的尺寸要求也日益严峻。薄膜材料相对块体材料具有明显的尺寸优势，更重要的是：随着薄膜材料日益深入的研究与探索，其具有很多块体材料所不具有的物理特性。薄膜材料所具有的最大优势就是其界面效应与尺寸效应，且研究至今，这些效应均对薄膜材料的性能起到了极大的改善作用。薄膜储能材料的重要参数之一为储能密度，迄今为止的薄膜储能材料中的储能最强的为锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)体系，其储能密度达到了67J/cm3，然而由于其中铅毒在生产中对自然环境以及人体的危害，极大的限制了其使用领域。BT-基电介质材料一直被广泛应用于各种领域的电子材料元器件中，通过不同元素的掺杂改性或者与其他材料的复合，BT-基电介质材料已经成为当今材料领域的一个重要的研究方向。作为一种优异的介电材料体系，BaZrxTi1-xO3体系的高介电常数，低介电损耗，使得BaZrxTi1-xO3(BZT)体系介电材料在某些方面的性能已本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将BaZr0.2Ti0.8O3陶瓷靶材安装在磁控溅射系统的靶位上；(2)清洁基片后，将基片放入磁控溅射系统中的沉积腔中；(3)预处理基片：将磁控溅射系统抽真空至10‑5‑10‑4mbar，通入氧气和氩气混合气体，加热烘烤基片；(4)预溅射BZT陶瓷靶材；(5)溅射BZT陶瓷靶材，基片上进行外延薄膜生长；溅射时间为11‑13h，生成的薄膜厚度为85‑95nm；(6)退火处理步骤(5)生成的薄膜；制得高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将BaZr0.2Ti0.8O3陶瓷靶材安装在磁控溅射系统的靶位上；(2)清洁基片后，将基片放入磁控溅射系统中的沉积腔中；(3)预处理基片：将磁控溅射系统抽真空至10-5-10-4mbar，通入氧气和氩气混合气体，加热烘烤基片；(4)预溅射BZT陶瓷靶材；(5)溅射BZT陶瓷靶材，基片上进行外延薄膜生长；溅射时间为11-13h，生成的薄膜厚度为85-95nm；(6)退火处理步骤(5)生成的薄膜；制得高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜。2.根据权利要求1所述的一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，采用纯度级别为4～5N的BaCO3粉、ZrO2粉和TiO2粉制备BaZr0.2Ti0.8O3陶瓷靶材。3.根据权利要求2所述的一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，通过球磨、预烧结、二次球磨、造粒、成型和烧结制备BaZr0.2Ti0.8O3陶瓷靶材。4.根据权利要求1所述的一种高可靠性BZT无铅外延单晶储能薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，基片采用(001)取向生长的导电单晶SrTiO3基片；基片经过超声震荡清洗3～5min并吹干后放入磁控溅射系统的沉积腔中。5.根据权利要求1所述的一种高可靠性BZT无...

【专利技术属性】
技术研发人员：马春蕊，刘明，孙梓雄，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61