一种低晶化温度下制备高度(100)取向无铅压电薄膜的方法，本发明专利技术涉及一种制备无铅压电薄膜的方法。本发明专利技术是要解决现有的压电薄膜材料多数含铅量较大及其制备过程中薄膜晶化温度过高、织构度较差、成本高、工艺复杂且不利于大面积Si集成电路应用的问题。本发明专利技术方法为：一、溶胶A和溶胶B，将溶胶A和B混合，加入乙二醇甲醚，得到钛酸铅镧钙溶胶；四、制备E溶液和F溶液；将E和F溶液混合，加入乙二醇甲醚，得到钛酸铋钠钾溶胶；五、在基底上涂覆一层钛酸铅镧钙溶胶，进行热分解，得到种子层薄膜，然后旋转涂覆钛酸铋钠钾溶胶，再进行热分解，最后进行退火晶化处理，即完成本方法。本发明专利技术应用于无铅压电薄膜制备的领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无铅压电薄膜制备的领域。
技术介绍
近年来，压电陶瓷及其薄膜材料以其优良的介电、压电、电光及非线性光学等特性，在微电子学、光电子学、集成光学、微机械学等领域具有广泛的应用前景。然而，在其材料选择及制备方法上仍存在一些问题:如(I)现有多数压电薄膜含铅量过大，给环境和人类生活带来了严重危害；(2)在制备过程中，薄膜晶化温度过高，不利于大面积Si集成电路的应用；(3)薄膜制备通常选择的基底为(lll)Pt/Ti/Si02/Si，致使在薄膜制备过程中，其织构度较差，虽然利用单晶的MgO、SrTiO3或LaAlO3衬底沉积的薄膜具有强的织构，但由于选择单晶衬底沉积外延薄膜增加了制备器件所用的材料及设备成本，不利于大面积Si集成电路的应用和大规模工业化生产。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的压电薄膜材料多数含铅量较大及其制备过程中薄膜晶化温度过高、织构度较差、成本高、工艺复杂且不利于大面积Si集成电路应用的问题，提供了。，具体按以下步骤来实现:一、向醋酸中加入醋酸镧和醋酸钙，在温度为60°C 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，得到溶液C，向溶液中加入乙二醇甲醚，在温度为60V 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，进行过滤，冷却至室温，得到溶液D,再向溶液D中加入钛酸四丁酯，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，得到溶胶A ;其中，溶胶A中的醋酸镧与钛酸四丁酯的质量体积比为(0.50 0.55)g: lml，醋酸钙与钛酸四丁酯的质量体积比为(0.25 0.30) g: lml，醋酸与钛酸四丁酯的体积比(7.79 10.25): 1，乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比(2.87 5.33): I ；二、向乙二醇甲醚中加入醋酸铅，在温度为60°C 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌IOmin 20min,冷却至室温,然后加入钛酸四丁酯，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min,得到溶胶B ;其中，溶胶B中醋酸铅与钛酸四丁酯的质量体积比为(1.15 1.26) g: lml,乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为(2.70 4.50): I ；三、将溶胶A和溶胶B混合后，得混合溶胶，然后加入乙二醇甲醚调整混合溶胶浓度为0.15M 0.25M，再以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，静置20h 28h，得到钛酸铅镧钙溶胶；四、向醋酸中加入醋酸钠、醋酸钾和硝酸铋，在60°C 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后,得到E溶液；向乙二醇甲醚和乙酰丙酮的混合溶液中加入钛酸四丁酯，在室温下以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌IOmin 20min后，加入甲酰胺溶液，以相同的搅拌速率搅拌IOmin 20min，得到F溶液；将E和F溶液混合，得到E和F的混合溶液，然后加入乙二醇甲醚调整E和F的混合溶液的浓度为0.2M 0.3M,再以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min，静置20h 28h，得到钛酸铋钠钾溶胶；其中，E溶液中的的醋酸钠与醋酸的质量体积比为(0.045 0.049)g: 1ml，醋酸钾与醋酸的质量体积比为(0.009 0.013) g: 1ml，硝酸铋与醋酸的质量体积比(0.320 0.324) g: lml ；F溶液所述乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为(3.46 5.76): 1，乙酰丙酮与钛酸四丁酯的体积比为(0.92 1.15): 1，甲酰胺与钛酸四丁酯的体积比为(0.46 0.69): I ；五、在(lll)Pt/Ti/Si02/Si基底上首先旋转涂覆一层钛酸铅镧钙溶胶，旋转速度为4500rpm 5500rpm，涂覆时间为15s 20s，然后将其置于温度为425°C 475°C条件下进行热分解，得到种子层薄膜，然后在种子层薄膜上旋转涂覆6 12层钛酸铋钠钾溶胶，再置于425°C 475°C条件下进行热分解，最后置于450°C 500°C的快速退火炉中进行退火晶化处理，即得到高度取向无铅压电薄膜；其中旋转涂覆6 12层钛酸铋钠钾溶胶的涂覆每一层所需的时间为15s 20s,涂覆每一层的旋转速度为4500rpm 5500rpm。本专利技术的优点:一、本专利技术的高度(100)取向无铅压电薄膜只有最底层极薄的种子层薄膜含铅，整个薄膜体系含铅量很低，基本不会对环境和人类生活造成危害，具有很好的环保特性。二、本专利技术的高度(100)取向无铅压电薄膜主要利用钛酸铅镧钙(PLCT)种子层优良的低温(425°C 475°C )晶化特性和强(100)织构特性，致使钛酸铋钠钾(NKBT)薄膜在PLCT种子层上形核比较容易，且两者晶格匹配良好，导致其在较低温度(450°C 500°C)下即可晶化，利于大面积Si集成电路的应用；同时，PLCT种子层极强的(100)织构诱导上面的NKBT层产生强的(100)取向，从而使其性能大大提高。三、本专利技术的高度(100)取向的压电薄膜体系，其钛酸铅镧钙(PLCT)种子层和上层的钛酸铋钠钾层的热分解温度都严格控制在425°C 475°C温度范围内。若温度过低，整个压电薄膜体系内的有机物挥发不完全，残留的有机物会严重影响本专利技术的薄膜体系，得不到本专利技术薄膜的优良性能；若温度过高，就会在薄膜体系内生成焦绿石相物质，这种物质是杂质相，同样会使本专利技术的薄膜体系的性能大大降低；另外，过高的温度还会使薄膜体系中的易挥发元素(铋、钠、钾等)挥发严重，这样也得不到本专利技术薄膜的优良性能。四、在绝大多数情况下，此薄膜体系的退火晶化温度为600°C 700°C，而本专利技术制备的压电薄膜体系在较低的温度(475°C )下就能晶化，并且呈现出优良的(100)取向；即使在如此低的晶化温度下，依然能够得到较好的压电性能。五、在与多数情况相同的制备温度(700°C )下，本专利技术的带有种子层的高度(100)取向的压电薄膜的压电系数比先前文献报道的数值有所提高。 六、本专利技术工艺、设备非常简单，所用原材料均为市场所售、价格低廉、成本较低，易于器件集成，适合于工业化生产。附图说明图1为薄膜经475°C退火晶化后的XRD图；其中a为对照组制备的NKBT薄膜的XRD图，b为试验组制备的高度(100)取向无铅压电薄膜的XRD图；图2为薄膜经700°C退火晶化后的XRD图；其中a为经700°C退火晶化后对照组的NKBT薄膜的XRD图，b为经700°C退火晶化后试验组的高度(100)取向无铅压电薄膜的XRD图。具体实施例方式具体实施方式一:本实施方式是，具体按以下步骤来实现:一、向醋酸中加入醋酸镧、醋酸钙，在温度为60°C 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，得到溶液C，向溶液中加入乙二醇甲醚，在温度为60V 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，进行过滤，冷却至室温，得到溶液D,再向溶液D中加入钛酸四丁酯，以200r本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低晶化温度下制备高度(100)取向无铅压电薄膜的方法，其特征在于高度取向无铅压电薄膜的制备方法，具体按以下步骤来实现：一、向醋酸中加入醋酸镧和醋酸钙，在温度为60℃～80℃下，以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌20min～40min后，得到溶液C，向溶液C中加入乙二醇甲醚，在温度为60℃～80℃下，以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌20min～40min后，进行过滤，冷却至室温，得到溶液D，再向溶液D中加入钛酸四丁酯，以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌20min～40min后，得到溶胶A；其中，溶胶A中的醋酸镧与钛酸四丁酯的质量体积比为(0.50～0.55)g∶1ml，醋酸钙与钛酸四丁酯的质量体积比为(0.25～0.30)g∶1ml，醋酸与钛酸四丁酯的体积比(7.79～10.25)∶1，乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比(2.87～5.33)∶1；二、向乙二醇甲醚中加入醋酸铅，在温度为60℃～80℃下，以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌10min～20min，冷却至室温，然后加入钛酸四丁酯，以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌20min～40min，得到溶胶B；其中，溶胶B中醋酸铅与钛酸四丁酯的质量体积比为(1.15～1.26)g∶1ml，乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为(2.70～4.50)∶1；三、将溶胶A和溶胶B混合后，得混合溶胶，然后加入乙二醇甲醚调整混合溶胶浓度为0.15M～0.25M，再以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌20min～40min后，静置20h～28h，得到钛酸铅镧钙溶胶；四、向醋酸中加入醋酸钠、醋酸钾和硝酸铋，在60℃～80℃下，以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌20min～40min后，得到E溶液；向乙二醇甲醚和乙酰丙酮的混合溶液中加入钛酸四丁酯，在室温下以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌10min～20min后，加入甲酰胺溶液，以相同的搅拌速率搅拌10min～20min，得到F溶液；将E和F溶液混合，得到E和F的混合溶液，然后加入乙二醇甲醚调整E和F的混合溶液的浓度为0.2M～0.3M，再以200r/min～400r/min的搅拌速率搅拌20min～40min，静置20h～28h，得到钛酸铋钠钾溶胶；其中，E溶液中的的醋酸钠与醋酸的质量体积比为(0.045～0.049)g∶1ml，醋酸钾与醋酸的质量体积比为(0.009～0.013)g∶1ml，硝酸铋与醋酸的质量体积比(0.320～0.324)g∶1ml；F溶液所述乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为(3.46～5.76)∶1，乙酰丙酮与钛酸四丁酯的体积比为(0.92～1.15)∶1，甲酰胺与钛酸四丁酯的体积比为(0.46～0.69)∶1；五、在(111)Pt/Ti/SiO2/Si基底上首先旋转涂覆一层钛酸铅镧钙溶胶，旋转速度为4500rpm～5500rpm，涂覆时间为15s～20s，然后将其置于温度为425℃～475℃条件下进行热分解，得到种子层薄膜，然后在种子层薄膜上旋转涂覆6～12层钛酸铋钠钾溶胶，再置于425℃～475℃条件下进行热分解，最后置于450℃～500℃的快速退火炉中进行退火晶化处理， 即得到高度取向无铅压电薄膜；其中旋转涂覆6～12层钛酸铋钠钾溶胶的涂覆每一层所需的时间为15s～20s，涂覆每一层的旋转速度为4500rpm～5500rpm。...
【技术特征摘要】
1.一种低晶化温度下制备高度(100)取向无铅压电薄膜的方法，其特征在于高度取向无铅压电薄膜的制备方法，具体按以下步骤来实现: 一、向醋酸中加入醋酸镧和醋酸钙，在温度为60°C 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，得到溶液C，向溶液C中加入乙二醇甲醚，在温度为60V 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，进行过滤，冷却至室温，得到溶液D,再向溶液D中加入钛酸四丁酯，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，得到溶胶A ;其中，溶胶A中的醋酸镧与钛酸四丁酯的质量体积比为(0.50 0.55)g: 1ml，醋酸钙与钛酸四丁酯的质量体积比为(0.25 0.30) g: lml，醋酸与钛酸四丁酯的体积比(7.79 10.25): 1，乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比(2.87 5.33): I ； 二、向乙二醇甲醚中加入醋酸铅，在温度为60°C 80°C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌IOmin 20min,冷却至室温,然后加入钛酸四丁酯，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min，得到溶胶B ;其中，溶胶B中醋酸铅与钛酸四丁酯的质量体积比为(1.15 1.26) g: Iml,乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为(2.70 4.50): I ； 三、将溶胶A和溶胶B混合后，得混合溶胶，然后加入乙二醇甲醚调整混合溶胶浓度为0.15M 0.25M,再以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，静置20h 28h，得到钛酸铅镧钙溶胶； 四、向醋酸中加入醋酸钠、醋酸钾和硝酸秘,在60°C 80 °C下，以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌20min 40min后，得到E溶液；向乙二醇甲醚和乙酰丙酮的混合溶液中加入钛酸四丁酯，在室温下以200r/min 400r/min的搅拌速率搅拌IOmin 20min后,加入甲酰胺溶液，以相同的搅拌速率搅拌IOmin 20min，得到F溶液；将E和F溶液混合，得到E和F的混合溶液，然后加入乙二醇甲醚调整E和F的混合溶液的浓度为0.2M 0.3M，再以200r/min 400r/min的揽拌速率揽拌20min 40min,静置20h 28h,得到钦酸秘钠钾溶胶；其中，E溶液中的的醋酸钠与醋酸的质量体积比为(0.045 0.049) g: 1ml，醋酸钾与醋酸的质量体积比为(0.009 0.013) g: 1ml，硝酸铋与醋酸的质量体积比(0.320 0.324) g: lml ;F溶液所述乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为(3.46 5.76): 1，乙酰丙酮与钛酸四丁酯的体积比为(0.92 1.15): ...
【专利技术属性】
技术研发人员：林家齐，张颖，朱汉飞，迟庆国，杨志韬，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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