一种结晶态的钙钛矿晶体复合顺电材料包含：分散在结晶态氧化物钙钛矿材料的纳米晶粒尺寸的基体中的富含N3-阴离子的纳米区域，其中(ABO3-δ)α-(ABO3-δ-γNγ)1-α。A表示二价元素，B表示四价元素，y满足0.005＜γ≤1.0，1-α满足0.05＜1-α＜0.9，且1-α是所述富含N3-阴离子的区域和其余的氧化物钙钛矿材料基体之间的面积比。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
I.专利
本专利技术涉及适用于铁电的可调谐的器件的薄膜材料和/或基于这种材料的去耦薄膜电容器，并涉及制造薄膜器件的方法，且更具体地，涉及顺电的钙钛矿氧氮化物纳米复合材料和制备这种材料的方法，这种材料用于形成具有改良的电压可调谐性的变容二极管器件和高电容密度薄膜去耦电容器。2.相关技术描述 为了实现铁电变容二极管的最大可调谐性，必须施加最大电压，以引起为了产生最大可能的电容变化所需的电容常数的改变。图I说明了典型的由使用薄膜铁电材料如(Ba，Sr) TiO3的铁电变容二极管获得的可调谐性的实例。图I对应于U. S. 2009/0069274的图7。U. S. 2009/0069274 公开了，在 450kV/cm 至 500kV/cm 的电场下可调谐性为2.8 1，或在450kV/cm的偏压场下，原始电容降低70%，如图I所示。附加的实施例报告了，对于用于平行板Pt/BST/Pt MIM型可变电容器(变容二极管)的IOOnm至200nm厚的(Ba，Sr) TiO3 (BST)膜，典型的可调谐性处于在11伏为4 I (参见，例如U. S. 2007/0069274的图5)至在10伏为6. 3 I的范围内(如图2所示)，这对应于T. Bernacki、I.Koutsaroff和C. Divita的《钦酸钡银薄膜多层电容器(Barium Strontium TitanateThin-FilmMulti-Layer Capacitors)》中的图 5 (《无源部件工业杂志(PassiveComponent IndustryMagazine))), 2004 年九月 / 十月，11-13 页)。经常可以将氧氮化物钙钛矿描述为通过同步置换(电荷相等(平衡)规则)阳离子和阴离子组分而形成的氧化物的衍生物。可以根据两种不同的原理补偿由N3_/02_置换导致的较高的阴离子电荷。在第一种情况中，以三价RE3+(稀土)元素作为例如二价碱土阳离子的合适的置换物，进行交叉置换。例如，“电荷平衡等价于BaTiO3的氧氮化物”将是LaTiO2N1或NdTiO2Np在AB (ON) 3氧氮化物钙钛矿中另一个电荷补偿的实例是，用Me5+同步置换Ti4+，且用N3_部分置换02_位置，以将钙钛矿氧化物BaTiO3转化为氧氮化物钙钛矿，如LaTaON2,和除它之外的 BaTaO2N 或 BaNbO2N15N3VN2^结合至钙钛矿氧化物的氧阴离子位置导致显著的结构效应，如伸长的Ti (Zr)-N键长度和相对于氧化物离子减少的氮化物离子电负性，这将倾向于增加阳离子-阴离子键的共价。键的共价的增加可以转而增加阳离子通过d°阳离子的二阶Jahn-Teller式畸变而位移的可能性，并且可能通过抑制铁电相的形成和增强顺电性质至超顺电性状态而影响氧氮化物钙钛矿的铁电性质。甚至，氧氮化物的形成可能与从立方对称(Pm3m)至非立方(例如，四方)或准立方随着增加的四方畸变(c/a比)的结构变化相联系。另一方面，在氧氮化物AB(CVxNx)3中阴离子位置的混合占用提供了类似于在弛豫体中发现的条件，因为正在极化的八面体阳离子(Ti4+)将在缺少完整的0/N位置排序情况下经历随机化学环境。此前，阴离子控制已经被用于调整铁磁性的和顺磁性的钙钛矿的或双钙钛矿材料的性质。最近，已经使用了含有N2和NH3两者的等离子体，用于立方钙钛矿单晶、块体状陶瓷和薄膜样品，如SrTiO3的氮化，并用于BaTaO2N1的PLD和RF-溅射沉积，以及从氧氮化物靶在SrTiO3或MgO基板上生长LaTiO2N1外延薄膜。然而，尚无关于生长在处于通常大尺寸的可商购基板上的Pt电极上的氧氮化物多晶ABO2N1或ΑΒ03_γΝγ薄膜的沉积或表征的报告，也没有关于任何铁电氧氮化物钙钛矿的任何C-V或I-V特性的报告，除了在零直流偏压时LaTiO2N1和BaTaO2N1薄膜的介电常数之外。此外，甚至，通过PLD方法，使用20 : I的N2/02气体比率，使用SrRuO3缓冲层(buffer)，在SrTiO3 Nb基板上在760°C从氧氮化物靶外延生长的BaTaO2N膜具有仅为220的介电常数，这比BaTaO2N块体状样品的介电常数少约20。从IOK至300K，BaTaO2N膜的电容温度系数(TCC)在_50ppm/K至100ppm/K的范围内。对于RF溅射沉积的LaTiO2N1的情况，已经报告了其介电常数为400至1100，而没 有显示任何用于比较的块状陶瓷数据，且无任何电压可调谐性或TCC的数据。过去已经观察到，对于低沉积温度(200°C )，在等离子体中N2的存在减少了电极表面缺陷，也减少了漏电流，而SrTiO3膜中的介电常数几乎没有明显增强。观察到的在N掺杂的SrTiO3膜中的较低的泄露(较高的绝缘电阻)已经被归因于氮对于通过SrTiO3的高沉积速率产生的氧空位的置换，以及N对通过氧空位生成的供体部位的补偿，而没有任何更多的证据或引起所述较低的泄露的实际机制。所有一般公知的沉积BST膜的方法，特别是用于获得为了得到性能更好的可变电容器和/或高密度去耦薄膜电容器所需的高的电压可调谐性和/或高电容密度的解决方案，典型地需要使用约800°C以上的非常高的沉积温度，800°C至900°C之间的非常高的沉积后退火温度，和典型地在200nm至600nm之间的更厚的BST电介质层，所有这些使得非常难以同时获得大量生产的可再现质量的顺电薄膜，其具有合理的高可调谐性比率，即在施加低于6-8伏的直流偏压时，可调谐性比率为至少4-6 1，具有低介电损耗，即在IKHz或IGHz小于I %的低介电损耗，这典型地仅在约600°C至约650°C的较低的沉积温度是可能的。氧氮化物钙钛矿薄膜的沉积需要使用外延匹配的基板，所述基板无法以大的生产尺寸获得，并且典型地，如果在氧气气氛下退火，获得的氧氮化物钙钛矿材料在高于60(TC是不稳定的。专利技术概述为了克服上述问题，本专利技术的优选实施方案提供了新颖的氧氮化物顺电纳米复合材料，该材料未显示出可测的铁电性且具有优良的电压可调谐性能以及高介电常数，还提供了制备氧氮化物顺电纳米复合材料的方法，该方法与大规模生产方法不矛盾。按照本专利技术的优选实施方案，提供了一种在射频(RF)物理气相沉积(PVD)方法中由绝缘或半导电陶瓷靶沉积含有具有钙钛矿结构的介电薄层的氧氮化物的方法。根据本专利技术的优选实施方案，RF溅射沉积方法优选提供致密的结晶态复合顺电材料，所述材料包括分散在结晶态氧化物钙钛矿材料的纳米晶粒尺寸的基体中的富含N3-阴离子的纳米区域，其中(ABCVJa-MBCVsiHa (0.01 < y < L5)或者(Β&1_χ，Srx)Ti03_δ) α-(Ba1^x, Srx)Ti03_δ_γNγ)!_α 或 BST0N-BST0(O. 5 < 1-χ < O. 8)纳米复合材料膜，其可以例如在电压可调谐的电容器、高密度电容器件如去耦薄膜电容器、或与其它微电子或无源器件单片集成的电容器中用作电介质层。根据本专利技术的优选实施方案，沉积钙钛矿或陶瓷氧化物层的方法优选包括在PVD反应器中放置基板；使气态混合物如氩、氮和氧流动通过该反应器；使用自动压本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：掘露伊保龙，桧贝信一，安藤阳，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：
国别省市：
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