一种氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜及其制备方法，属于电子材料与元器件领域。该介质薄膜化学组成的化学通式为(1

【技术实现步骤摘要】
一种氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子材料与元器件领域，具体涉及一种稀土和氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]为了满足电子器件微型化和苛刻使用条件的需求，电子元器件、尤其是电容器的微型化、高可靠性、高的介电常数和宽的温度稳定性成为开发的重点。在多层陶瓷电容器领域，开始考虑巨介电材料，他们通常是指掺杂的BaTiO3、TiO2、CaCu3Ti4O
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、NiO2、SrTiO3等。但是这些体系在制作成超薄介质薄膜的时候面临巨大的技术难题。钛酸锶和钛酸钡晶化温度较高，需要加入助溶剂和合适的工艺才有可能制备成超薄介质薄膜，与半导体工艺兼容。钙铜钛氧和氧化镍主要是晶界层效应，晶粒通常比较大，做成超薄介质薄膜以后，介电常数急剧降低；二氧化钛主要是采用缺陷调控和界面效应产生巨介电常数，因此对退火工艺非常敏感，难以得到大批量的稳定工艺。
[0003]考虑到工艺的稳定性和产品的可靠性，将钛酸钡材料进行改性并采用溶胶凝胶工艺是一个可靠的途径。本专利技术的第一专利技术人刘来君早在2004年就开始用溶胶凝胶工艺制备钛酸钡纳米粉体和电子陶瓷[刘来君，马占红，孙乐民，樊慧庆，纳米BaTiO3粉末的制备及烧结工艺的优化，材料导报，18:49
‑
51(2004)]，但是仍然无法将其制备成介质薄膜。Randall等人将氟化锂引入BaTiO3陶瓷[C.A.Randall,S.F.Wang,D.Laubscher,J.P.Dougherty,and W.Huebner,Structure property relationships in core
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shell BaTiO3
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LiF ceramics,J.Mater.Res.,8(4):871
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879(1993)]，不仅降低了其烧结温度，而且还能形成核壳结构，从而大大提高了其温度稳定性，可用于X7R的陶瓷电容器。但是由于当烧结温度为850℃时，出现第二相LiTiO2，以及在核壳结构中，核心和壳层之间的应变不匹配会给核心区域带来压缩应力，进而影响介电性能，因此仍然无法应用于超薄介质薄膜。为了进一步提高BaTiO3的介电常数，本专利技术的第一专利技术人刘来君采用稀土改性的方法[Yingzhi Meng,Kang Liu,Xiuyun Zhang,Xuerui Qiang,Xiuyun Lei,Jun由于Chen,Chunchun Li,Zhao Yang,Laijun Liu,Compositional modulation and annealing treatment in BaTiO
3 to simultaneously achieve colossal permittivity,low dielectric loss,and high thermal stability,Ceramics International,47(23):33912
‑
33916(2021)]，获得了温度稳定性极好(25
‑
400℃)的改性钛酸钡陶瓷电容器材料，但是把它的厚度减小到数百纳米的时候，其击穿场强无法达到要求。因此，将钛酸钡陶瓷电容器材料制备成超薄介质薄膜，保持高的介电常数和温度稳定性，同时提高其击穿场强，是目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜及其制备方法，本专利技术通过采用溶胶
‑
凝胶法制备沉积在不同底电极上的具有较高击穿场强的BRT薄膜材料，通过退火温度和退火时间，控制氟的挥发，从而获得满足X8R的超薄介质薄膜。在改变底电极
种类的基础上挑选出综合储能性能优异的薄膜掺杂一定量的LiF，并通过掺杂一种或两种不同的稀土元素进一步调控薄膜的击穿场强。
[0005]本专利技术的目的通过如下技术方案实现：
[0006]一种氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜，其化学组成的化学通式为(1
‑
y)Ba1‑
x
Re
x
TiO3‑
yLiF，其中0.005≤x≤0.02，0.0025≤y≤0.03，y为质量分数，Re为La、Ce、Pr中的一种或两种元素。
[0007]本专利技术上述氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)配制LiF前驱体溶液，LiF前驱体溶液的浓度为Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液浓度的0.5％
‑
3％；
[0009](2)将步骤(1)得到的LiF前驱体溶液用匀胶机旋涂在Pt(111)/TiO2/SiO2/Si(100)衬底上或者ITO衬底上，得到第一湿膜；
[0010](3)将步骤(2)所得第一湿膜干燥、热解、退火制得一层LiF薄膜；
[0011](4)重复步骤(2)和步骤(3)1～3次，得到含LiF的薄膜；
[0012](5)配制浓度为0.1～0.4M的Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液；
[0013](6)将步骤(5)所得Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液旋涂于LiF薄膜之上，滴加的体积与步骤(2)所用LiF前驱体溶液体积保持一致，得到第二湿膜；
[0014](7)将步骤(6)所得第二湿膜干燥、热解、退火、扩散，形成(1
‑
y)Ba1‑
x
Re
x
TiO3‑
yLiF固溶体薄膜；
[0015](8)重复步骤(6)和步骤(7)1
‑
5次，且用于旋涂的Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液总用量与用于旋涂的LiF前驱体溶液总用量体积比为1:1，制得多层含(1
‑
y)Ba1‑
x
Re
x
TiO3‑
yLiF固溶体的X8R超薄介质薄膜。
[0016]优选地，步骤(1)中LiF前驱体溶液的配制方法为，将原料LiF溶解在在80
‑
105℃冰醋酸和去离子水体积比为1:1的混合溶液中，溶液放置20
‑
30h，得到LiF前驱体溶液。
[0017]优选地，步骤(5)中Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液的配制方法为：按摩尔比为(1
‑
x)：x：1准备钡源、Re源和钛酸丁酯，将钡源、Re源溶解在80
‑
105℃、且冰醋酸和去离子水体积比为1:1的混合液体I中；然后在室温下将钛酸丁酯溶解在冰醋酸和CH3COCH2COCH3体积比为1:1的混合液体II中，将混合液体I混合液体II按照体积比为1:1再次混合，于70
‑
90℃搅拌20
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜，其特征在于，其化学组成的化学通式为(1
‑
y)Ba1‑
x
Re
x
TiO3‑
yLiF，其中0.005≤x≤0.02，0.0025≤y≤0.03，y为质量分数，Re为La、Ce、Pr中的一种或两种元素。2.一种氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)配制LiF前驱体溶液，LiF前驱体溶液的浓度为Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液浓度的0.5％
‑
3％；(2)将步骤(1)得到的LiF前驱体溶液用匀胶机旋涂在Pt(111)/TiO2/SiO2/Si(100)衬底上或者ITO衬底上，得到第一湿膜；(3)将步骤(2)所得第一湿膜干燥、热解、退火制得一层LiF薄膜；(4)重复步骤(2)和步骤(3)1～2次，得到含LiF的薄膜；(5)配制浓度为0.1～0.4M的Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液；(6)将步骤(5)所得Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液旋涂于LiF薄膜之上，滴加的体积与步骤(2)所用LiF前驱体溶液体积保持一致，得到第二湿膜；(7)将步骤(6)所得第二湿膜干燥、热解、退火、扩散，形成(1
‑
y)Ba1‑
x
Re
x
TiO3‑
yLiF固溶体薄膜；(8)重复步骤(6)和步骤(7)1
‑
5次，且用于旋涂的Ba1‑
x
Re
x
TiO3前驱体溶液总用量与用于旋涂的LiF前驱体溶液总用量体积比为1:1，制得多层含(1
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y)Ba1‑
x
Re
x
TiO3‑
yLiF固溶体的介质薄膜。3.根据权利要求1所述的氟化锂改性的钛酸钡基介质薄膜的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣芮，何秋蔚，罗宇舟，刘来君，彭彪林，陈雪，
申请(专利权)人：南京卡巴卡电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：