鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法：將配置好的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液加入到鈦-檸檬酸-乙二醇水溶液中，得到鈦酸鍶鋇前驅(qū)體溶膠，再將該前軀體溶膠均勻涂覆在基底上，得到多層薄膜，再予以干燥，于550～750℃熱處理；并重復(fù)涂覆和熱處理，直至薄膜厚度為300nm；最后再經(jīng)550～750℃熱處理后，制得鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜。本發(fā)明以碳酸鋇、碳酸鍶及二氧化鈦?zhàn)鳛樵希娲爽F(xiàn)有技術(shù)的部份醇鹽及鈦酸四丁酯，降低了生產(chǎn)成本，制得到的薄膜性能優(yōu)異，過程簡單，是一種Sol-Gel法制備鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的新工藝，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域，特別涉及一種用于微波調(diào)諧元器件的鈦酸鍶鋇薄膜制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鍶鋇(BahSrxT13,即BST)鐵電薄膜具有介電性能優(yōu)良、居里溫度隨組份改變以及介電常數(shù)隨電場可調(diào)等特點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲器、室溫紅外探測器、微波調(diào)諧器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是鐵電集成器件領(lǐng)域最廣泛研究的材料之一，成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
[0003]BST薄膜的制備方法主要有射頻磁控派射(RF-Magnetron sputtering)、脈沖激光沉積(PLD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)以及溶膠-凝膠法(Sol-Gel);與其他方法相t匕，溶膠-凝膠法制備薄膜具有均勻性好、化學(xué)計(jì)量比容易控制、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于鐵電薄膜的制備；傳統(tǒng)溶膠-凝膠法制備BST薄膜多采用鋇、鍶的醇鹽或醋酸鹽和鈦酸四丁酯作原料，成本較高，原料化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定且不易獲得。以碳酸鋇、碳酸鍶及二氧化鈦?zhàn)鳛樵喜捎肧ol-Gel制備BST鐵電薄膜未見報(bào)道；本發(fā)明利用二氧化鈦代替鈦酸四丁酯，碳酸鹽代替部份醇鹽，采用Sol-Gel技術(shù)來制備BahSrxT13(BST)薄膜的新工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，在于克服傳統(tǒng)溶膠-凝膠法制備BST薄膜多采用鋇、鍶的醇鹽或醋酸鹽和鈦酸四丁酯作原料、成本較高、原料化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定且不易獲得的缺點(diǎn)，提供一種鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法，通過二氧化鈦代替鈦酸四丁酯，碳酸鹽代替部份醇鹽，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。
[0005]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]一種鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法，步驟如下:
[0007](I)配制鈦-檸檬酸-乙二醇溶液
[0008]①根據(jù)鈦酸鍶鋇的化學(xué)計(jì)量比稱取二氧化鈦粉體，將二氧化鈦放入氫氟酸中，水浴加熱至其全部溶解；
[0009]②向步驟①的溶液中加入氨水，中和反應(yīng)生成偏鈦酸沉淀；
[0010]③抽濾、洗滌步驟②所得偏鈦酸沉淀，然后將偏鈦酸加入硝酸中，磁力攪拌至沉淀完全溶解，得到硝酸鈦溶液；其中偏鈦酸與硝酸的摩爾比為1:2 ;
[0011]④向步驟③所得硝酸鈦溶液中加入檸檬酸，磁力攪拌使檸檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加熱磁力攪拌2h使溶液混合均勻，其中硝酸鈦、檸檬酸與乙二醇之間的摩爾比為1:4:4 ；
[0012]⑤將步驟④所得溶液靜置24h，使反應(yīng)進(jìn)行完全，得到鈦-檸檬酸-乙二醇的硝酸水溶液；溶液經(jīng)60°C磁力攪拌加熱4h，得到穩(wěn)定的鈦-檸檬酸-乙二醇水溶液；
[0013](2)配制鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液[0014]①按照摩爾比例1:4制備檸檬酸-乙二醇溶液
[0015]②根據(jù)鈦酸鍶鋇的化學(xué)計(jì)量比稱取鈦酸鋇、鈦酸鍶，將其加入上述檸檬酸-乙二醇溶液中，磁力攪拌加熱至粉體全部溶解，得到穩(wěn)定的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液；
[0016](3)將步驟(2)配置的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液加入步驟(1)配置鈦-檸檬酸-乙二醇水溶液中，攪拌均勻得鈦酸鍶鋇前驅(qū)體溶膠；
[0017](4)向步驟(3)制得鈦酸鍶鋇溶膠中加入甲醇做稀釋劑，加熱攪拌，得到所以需要的鈦酸鍶鋇前驅(qū)體溶膠；
[0018](5)將步驟(4)配置的前軀體溶膠滴在基底上，用臺式勻膠機(jī)勻膠，使溶膠均勻地涂覆在基底上，制得多層薄膜，然后于熱板上干燥；
[0019](6)將步驟(5)干燥后的薄膜在550~750°C進(jìn)行熱處理；
[0020](7)重復(fù)步驟(5)、(6)制備厚度為300nm的多層薄膜；
[0021](8)將步驟(7)制備的多層薄膜再于550~750°C進(jìn)行后處理，處理0.5~2h，得到鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜。
[0022]所述步驟(5)的基底為Si02/Si基底。
[0023]所述步驟(6)的熱處理溫度為650°C。
[0024]本發(fā)明的鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法，以碳酸鋇、碳酸鍶及二氧化鈦?zhàn)鳛樵?，替代了現(xiàn)有技術(shù)的部份醇鹽及鈦酸四丁酯，降低了薄膜的生產(chǎn)成本。此外，該制備工藝獲得薄膜性能優(yōu)異，過程簡單，是一種Sol-Gel法制備BST薄膜的新工藝，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0025]本發(fā)明采用日本理學(xué)公司DMAX/RC型X射線衍射儀測試，薄膜為立方相結(jié)構(gòu)；采用美國VEECO公司DEKTAK6M面形貌測量儀測試，薄膜的厚度為300nm ;采用場發(fā)射掃描電鏡(JEOL JSM-7600F, Japan)測試，薄膜致密無裂紋。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明所用原料均為市售分析純原料，下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0027]本發(fā)明鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法，步驟如下:
[0028](一 )配制鈦-檸檬酸-乙二醇溶液
[0029]⑴根據(jù)Ba^SrxT13 (其中x = 0.3~0.5)的化學(xué)計(jì)量比稱取T12粉體，將T12加入HF中，水浴加熱至其全部溶解；
[0030]⑵向步驟⑴的溶液中加入氨水，中和反應(yīng)生成偏鈦酸沉淀；
[0031]⑶抽濾、洗滌步驟⑵所得偏鈦酸沉淀，然后將偏鈦酸加入硝酸中，磁力攪拌至沉淀完全溶解，得到硝酸鈦溶液；其中偏鈦酸與硝酸的摩爾比為1:2 ;
[0032]⑷向步驟⑶所得硝酸鈦溶液中加入檸檬酸，磁力攪拌使檸檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加熱磁力攪拌2h使溶液混合均勻，其中硝酸鈦、檸檬酸與乙二醇之間的摩爾比為1:4:4 ； [0033](5)將步驟(4)所得溶液靜置24h，使反應(yīng)進(jìn)行完全，得到T1-CA-EG硝酸水溶液；溶液經(jīng)60°C磁力攪拌加熱4h，得到穩(wěn)定的鈦-檸檬酸-乙二醇溶液；
[0034]( 二)配制鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液
[0035]⑴按照摩爾比例1:4制備檸檬酸-乙二醇溶液[0036](2)根據(jù)Ba^xSrxT13 (其中x = 0.3~0.5)的化學(xué)計(jì)量比稱取BaC03、SrCO3,將其加入上述檸檬酸-乙二醇溶液中，磁力攪拌加熱至粉體全部溶解，得到穩(wěn)定的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液；
[0037](三)將步驟(二)配置的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液加入步驟(一)配置鈦-檸檬酸-乙二醇溶液水溶液中，攪拌均勻得到鈦酸鍶鋇即前驅(qū)體溶膠；
[0038](四)向步驟(三)制得的鈦酸鍶鋇前驅(qū)體溶膠中加入甲醇做稀釋劑，加熱攪拌得到所需要的鈦酸鍶鋇前驅(qū)體溶膠；
[0039](五)將步驟(四)配置的鈦酸鍶鋇前軀體溶膠滴在Si02/Si基底上，用臺式勻膠機(jī)勻膠，使溶膠均勻地涂覆在基底上，然后在熱板上干燥；
[0040](六)將步驟(五)干燥后的薄膜于550~750°C進(jìn)行熱處理；
[0041](七)重復(fù)步驟步驟(四)、(五)，制備厚度為300nm的多層薄膜；
[0042](八)將步驟(七)制備的多層薄膜再于550~750°C后處理0.5~2h，得到鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜。
[0043]本發(fā)明具體實(shí)施例的主要工藝參數(shù)詳見表1。
[0044]表1
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法，具有如下步驟: (1)配制鈦-檸檬酸-乙二醇溶液 ①根據(jù)鈦酸鍶鋇的化學(xué)計(jì)量比稱取二氧化鈦粉體，將二氧化鈦放入氫氟酸中，水浴加熱至其全部溶解； ②向步驟①的溶液中加入氨水，中和反應(yīng)生成偏鈦酸沉淀； ③抽濾、洗滌步驟②所得偏鈦酸沉淀，然后將偏鈦酸加入硝酸中，磁力攪拌至沉淀完全溶解，得到硝酸鈦溶液；其中偏鈦酸與硝酸的摩爾比為1:2 ; ④向步驟③所得硝酸鈦溶液中加入檸檬酸，磁力攪拌使檸檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加熱磁力攪拌2h使溶液混合均勻，其中硝酸鈦、檸檬酸與乙二醇之間的摩爾比為1:4:4 ； ⑤將步驟④所得溶液靜置24h，使反應(yīng)進(jìn)行完全，得到鈦-檸檬酸-乙二醇的硝酸水溶液；溶液經(jīng)60°C磁力攪拌加熱4h，得到穩(wěn)定的鈦-檸檬酸-乙二醇水溶液； (2)配制鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液 ①按照摩爾比例1:4制備檸檬酸-乙二醇溶液 ②根據(jù)鈦酸鍶鋇的化學(xué)計(jì)量比稱取鈦酸鋇、鈦酸鍶，將其加入上述檸檬酸-乙二醇溶液中，磁力攪拌加熱至 粉體全部溶解，得到穩(wěn)定的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液； (3)將步驟(2)配置的鋇-鍶-檸檬酸-乙二醇溶液加入步驟⑴配置鈦-檸檬酸-乙二醇水溶液中，攪拌均勻得鈦酸鍶鋇前驅(qū)體溶膠； (4)向步驟(3)制得鈦酸鍶鋇溶膠中加入甲醇做稀釋劑，加熱攪拌，得到所以需要的鈦酸鍶鋇前驅(qū)體溶膠； (5)將步驟(4)配置的前軀體溶膠滴在基底上，用臺式勻膠機(jī)勻膠，使溶膠均勻地涂覆在基底上，制得多層薄膜，然后于熱板上干燥； (6)將步驟(5)干燥后的薄膜在550~750°C進(jìn)行熱處理； (7)重復(fù)步驟(5)、(6)制備厚度為300nm的多層薄膜； (8)將步驟(7)制備的多層薄膜再于550~750°C進(jìn)行后處理，處理0.5~2h，得到鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)的基底為Si02/Si基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶鋇介質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)的熱處理溫度為650°C。
【文檔編號】C04B35/468GK104030680SQ201410300413
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】李玲霞, 董和磊, 于仕輝, 金雨馨, 許丹 申請人:天津大學(xué)