全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨芗捌渲苽浞椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒?，首先采用固相燒結(jié)法制備鉍基焦綠石靶材，以具有AZO薄膜作為底電極層的導(dǎo)電玻璃襯底，利用磁控濺射沉積技術(shù)，使用Ar和O2作為濺射氣體，沉積得到鉍基焦綠石薄膜，再于氧氣氣氛中進行后退火處理；再以3at％Al摻雜的ZnO陶瓷為靶材，濺射沉積100～600nm的AZO薄膜，制備透明頂電極，制得全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨?。本發(fā)明的壓控變?nèi)莨芡该餍愿?，調(diào)諧率適中，且器件穩(wěn)定性好，為透明通訊和顯示設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用提供了優(yōu)良的電子元器件基礎(chǔ)。
【專利說明】全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨芗捌渲苽浞椒?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于電子信息材料與元器件的，具體涉及一種全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨芗捌渲苽浞椒ā?br> 【背景技術(shù)】
[0002]透明固態(tài)電子器件在透明顯示、電子紙以及其他大面積透明電子系統(tǒng)中有著應(yīng)用前景。作為電子系統(tǒng)中的重要組成部分，壓控變?nèi)莨苁请娮油ㄓ嵲O(shè)備必不可少的元器件，因此實現(xiàn)壓控變?nèi)莨艿耐该骰菍崿F(xiàn)電子通訊設(shè)備透明顯示的必要環(huán)節(jié)。
[0003]鉍基焦綠石薄膜，由于具有介電常數(shù)高、損耗因子小等特點，因而它是制作壓控變?nèi)莨艿睦硐氩牧稀Ｖ苽湓赑t電極上的BiuZnuNbuO7薄膜或者BiuMguNbh5O7薄膜的調(diào)諧率都可達到40%以上，且鉍基焦綠石材料具有較大的光學(xué)帶隙(>3eV)，因而在可見光范圍內(nèi)具有較好的透過率。因此，如果選用透明電極及襯底，將可能實驗全透明的壓控變?nèi)莨?，并可能集成于未來可視電子器件中。這種全透型薄膜壓控變?nèi)莨懿⒉皇侨〈杌傻碾娮悠骷?，而是為未來可視電子器件提供一種新的概念，在透明電子器件領(lǐng)域?qū)⒂锌赡艿玫綇V泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供一種新的鉍基焦綠石基的透明薄膜壓控變?nèi)莨芗捌渲谱鞣椒ā?br> [0005]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0006]一種全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒?，具有如下步驟:
[0007](I)采用固相燒結(jié)法制備鉍基焦綠石靶材
[0008]所述鉍基焦綠石靶材為BiL5ZnLONbL507革巴材或者Bih5MghtlNK5O7靶材；
[0009]按Bih5ZnhtlNbh5O7的化學(xué)計量比稱取原料Bi203、ZnO和Nb2O5,充分混合后壓制成型，置于電爐中于1000~1150°C燒制Bih5ZnhciNbh5O7靶材；
[0010]或者按Bih5MghtlNbh5O7的化學(xué)計量比稱取原料Bi203、MgO和Nb2O5,充分混合后壓制成型，置于電爐中于1000~1150°C燒制Bih5MguNbh5O7靶材；
[0011](2)將清潔干燥的導(dǎo)電玻璃襯底放入磁控濺射樣品臺上，所述導(dǎo)電玻璃襯底為商用普通的具有AZO即Al摻雜的ZnO薄膜作為底電極層的導(dǎo)電玻璃襯底；
[0012](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空抽1.0X 10_6-7.0 X KT6Torr，然后加熱導(dǎo)電玻璃襯底至400~700°C ；
[0013](4)在步驟(3)系統(tǒng)中，使用Ar和O2作為濺射氣體，濺射功率為50~200W，在導(dǎo)電玻璃襯底上沉積得到厚度為150~300nm的鉍基焦綠石薄膜，即Bih5ZnhtlNV5O7薄膜或者 Bih5MghtlNb1^O7 薄膜；
[0014] (5)待步驟(4)導(dǎo)電玻璃襯底的溫度降至100°C以下時，取出制品，在氧氣氣氛爐中進行后退火處理；[0015](6)在步驟(5)退火處理后的鉍基焦綠石薄膜上面利用掩膜版，以3at% Al摻雜的ZnO陶瓷為靶材，采用磁控濺射法，在本底真空為4.0 X 10_4Pa條件下，沉積厚度為100~600nm的AZO薄膜，制備透明頂電極，制得全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨堋?br> [0016]2.根據(jù)權(quán)利要求1的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟?，所述步驟⑴的原料Bi203、ZnO, MgO和Nb2O5的純度均在99%以上。
[0017]所述步驟(2)的襯底為商用的普通FTO玻璃襯底、ITO玻璃襯底或AZO玻璃襯底。
[0018]所述步驟(4)的Ar和O2的純度均在99.99 %以上，磁控濺射系統(tǒng)中的氧氣和氬氣的分壓比在1/15與1/4之間。
[0019]所述步驟(4)的鉍基焦綠石薄膜通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時間控制的薄膜厚度。
[0020]所述步驟(5)的氧氣氛爐中通入的氧氣壓強為0.02-0.1Mpa,氧氣純度99% -99.9999% ;所述退火溫度為500~700°C，退火時間為5~60min。
[0021]所述步驟(6)的電極為圓形電極，直徑為0.2~0.3mm,電極材料為AZO或ΙΤ0。
[0022]該全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿耐高^率> 70% ;調(diào)諧率> 20%，測試頻率為 IMHz。
[0023]本發(fā)明的有益效果如下:
[0024]本發(fā)明全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿耐该餍愿?，調(diào)諧率適中，且器件穩(wěn)定性好，為透明通訊和顯示設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用提供了優(yōu)良的電子元器件基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿慕Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖1中的附圖標(biāo)記如下:
[0027]1-導(dǎo)電玻璃襯底 2-AZO薄膜
[0028]3-鉍基焦綠石 4-AZO電極
[0029]圖2為實施例1的AZCVBi1.^guNV5O7AZO結(jié)構(gòu)薄膜壓控變?nèi)莨艿墓鈱W(xué)透過性能(紫外-可見光譜)圖譜；
[0030]圖3為實施例1AZCVBih5MghciNbh5O7AZO結(jié)構(gòu)薄膜壓控變?nèi)莨艿慕殡娦阅?電場可調(diào))圖譜。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。
[0032]本發(fā)明所用導(dǎo)電玻璃襯底選用市場上可以買到的商用普通的具有Al摻雜的ZnO(AZO)薄膜作為底電極層的AZO導(dǎo)電玻璃襯底；以3at %的Al摻雜的ZnO薄膜作為頂電極，電阻率約為2 X10-4~9X 10_4歐姆?厘米；以Bih5MghtlNbh5O7或者Bi1.5ZnL0NbL 507作為可調(diào)介質(zhì)層。由上下電極層和可調(diào)介質(zhì)層構(gòu)成透明可調(diào)壓控變?nèi)莨埽涮卣髟谟?，采用磁控濺射沉積法，在底電極AZO導(dǎo)電玻璃上一次沉積Bih5MguNK5O7或者B^5ZnhtlNbh5O7可調(diào)介質(zhì)層及頂電極AZO層。具體工藝步驟如下:
[0033] 實施例1[0034](I)采用固相燒結(jié)法制備Bih5MghciNbh5O7靶材
[0035]用電子天平按Bih5MguNK5OJ^應(yīng)元素的化學(xué)計量比稱取純度均為99%的Bi203、MgO和Nb2O5，經(jīng)充分混合后，在30Mpa的壓力下壓制成型，最后置于箱式電爐中逐步升溫至1150°C，并保溫10小時。
[0036](2)將具有AZO即Al摻雜的ZnO薄膜作為底電極層的AZO導(dǎo)電玻璃襯底經(jīng)丙酮、乙醇和去離子水標(biāo)準(zhǔn)超聲清洗，以N2吹干并放入磁控濺射樣品臺上。
[0037](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空抽至6.0 X 10_6Torr，然后加熱AZO導(dǎo)電玻璃襯底至 500。C。
[0038](4)以高純(99.99% )Ar和O2作為濺射氣體，氬氣和氧氣的流量比為17:3。濺射氣壓為IOmTorr,濺射功率為150W，進行沉積得到厚度為200nm的Bih5MguNK5O7薄膜，通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時間控制薄膜厚度。
[0039](5)將得到的Bih5MguNK5O7薄膜置入氣氛爐中進行后退火處理，通入純度為99%的O2，退火氣壓為0.1Mpa，退火溫度為700°C，退火時間為IOmin。
[0040](6)采用孔洞直徑為0.2mm的掩膜版，摻雜Al (3at% )的ZnO陶瓷靶材，在本底真空為4.0X 10_4Pa和400°C條件下，在退火后的Bi1.薄膜上面沉積厚度為400nm的AZO頂電極，制得全透型鉍基焦綠石Bih5MghtlNbh5O7薄膜壓控變?nèi)莨堋?br> [0041]制備獲得的透明鉍基焦綠石B^5MguNbh5O7薄膜壓控變?nèi)莨?，其結(jié)構(gòu)為在普通AZO導(dǎo)電玻璃襯底上具有AZCVBi1.^guNbh5O7AZO “三明治結(jié)構(gòu)”(“三文治結(jié)構(gòu)”是指底層為AZO薄膜，中間層為BiL5MgLONbL507薄膜，頂層為AZO電極)。如圖1所示，導(dǎo)電玻璃襯底I的上面依次設(shè)置有AZO薄膜2即底電極層、鉍基焦綠石3即中間層Bk5MghciNbh5O7薄膜、頂部為AZO電極4即頂電極層。
[0042]圖2為AZCVBih5Mg1.QNbh5O7AZO薄膜壓控變?nèi)莨艿墓鈱W(xué)透過性能(紫外_可見光譜)圖譜，可見在可見光范圍內(nèi)的平均光學(xué)透過率達76%。
[0043]圖3為AZCVBih5Mg1.QNbh5O7AZO薄膜壓控變?nèi)莨艿慕殡娦阅?電場可調(diào))圖譜，可見在1.6MV/cm的電場下調(diào)諧率為22%。
[0044]實施例2
[0045](I)采用固相燒結(jié)法制備Bih5ZnuNbuO7靶材
[0046]用電子天平按Bih5ZnuNK5OJi應(yīng)元素的化學(xué)計量比稱取純度均為99%的Bi203、ZnO和Nb2O5，經(jīng)充分混合后，在30Mpa的壓力下壓制成型，最后置于箱式電爐中逐步升溫至1050°C，并保溫10小時。
[0047](2)將具有AZO即Al摻雜的ZnO薄膜作為底電極層的AZO導(dǎo)電玻璃襯底經(jīng)丙酮、乙醇和去離子水標(biāo)準(zhǔn)超聲清洗，以N2吹干并放入磁控濺射樣品臺上。
[0048](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空抽至7.0 X 10_6Torr，然后加熱AZO導(dǎo)電玻璃襯底至 500。。。
[0049](4)以高純(99.99% )Ar和O2作為濺射氣體，氬氣和氧氣的流量比為17:3。濺射氣壓為IOmTorr,濺射功率為200W，進行沉積得到厚度為200nm的Bih5Zr^ciNK5O7薄膜，通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時間控制薄膜厚度。
[0050](5)將得到的Bih5ZnuNK5O7薄膜置入氣氛爐中進行后退火處理，通入純度為99%的O2，退火氣壓為0.1Mpa，退火溫度為700°C，退火時間為IOmin。[0051](6)采用孔洞直徑為0.2mm的掩膜版，摻雜Al (3at% )的ZnO陶瓷靶材，在本底真空為4.0X 10_4Pa和400°C條件下，在退火后的Bih5ZnuNK5O7薄膜上面沉積厚度為400nm的AZO頂電極，制得全透型鉍基焦綠石Bih5ZnhtlNbh5O7薄膜壓控變?nèi)莨堋?br> [0052]所制備的具有AZCVBi1.JnuNbh5O7AZO薄膜“三明治結(jié)構(gòu)”的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨?，在可見光范圍?nèi)的平均光學(xué)透過率達78%，在1.6MV/cm的電場下調(diào)諧率為 17%。
【權(quán)利要求】
1.一種全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒?，具有如下步驟: (1)采用固相燒結(jié)法制備鉍基焦綠石靶材 所述鉍基焦綠石靶材為BiuZnuNbh5O7靶材或者BiuMguNbh5O7靶材； 按BiuZnhtlNbh5O7的化學(xué)計量比稱取原料Bi203、Zn0和Nb2O5,充分混合后壓制成型，置于電爐中于1000?1150°C燒制Bi15Znl tlNb15O7靶材； 或者按BiuMghtlNbh5O7的化學(xué)計量比稱取原料Bi203、MgO和Nb2O5,充分混合后壓制成型，置于電爐中于1000?1150°C燒制Bih5MghciNbh5O7靶材； (2)將清潔干燥的導(dǎo)電玻璃襯底放入磁控濺射樣品臺上，所述導(dǎo)電玻璃襯底為商用普通的具有AZO即Al摻雜的ZnO薄膜作為底電極層的導(dǎo)電玻璃襯底； (3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空抽1.0X 10_6-7.0X KT6Torr，然后加熱導(dǎo)電玻璃襯底至 400 ?700 °C ； (4)在步驟(3)系統(tǒng)中，使用Ar和O2作為濺射氣體，濺射功率為50?200W，在導(dǎo)電玻璃襯底上沉積得到厚度為150?300nm的鉍基焦綠石薄膜，即BiuZnhtlNbh5O7薄膜或者Bi1.5Mg1.0NbL507 薄膜； (5)待步驟(4)導(dǎo)電玻璃襯底的溫度降至100°C以下時，取出制品，在氧氣氣氛爐中進行后退火處理； (6)在步驟(5)退火處理后的鉍基焦綠石薄膜上面利用掩膜版，以3at%Al摻雜的ZnO陶瓷為靶材，采用磁控濺射法，在本底真空為4.0 X KT4Pa條件下，沉積厚度為100?600nm的AZO薄膜，制備透明頂電極，制得全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨堋?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒?，其特征在于，所述步驟⑴的原料Bi203、ZnO, MgO和Nb2O5的純度均在99%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒?，其特征在于，所述步驟(2)的襯底為商用的普通FTO玻璃襯底、ITO玻璃襯底或AZO玻璃襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟?，所述步驟(4)的Ar和O2的純度均在99.99%以上，磁控濺射系統(tǒng)中的氧氣和氬氣的分壓比在1/15與1/4之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒?，其特征在于，所述步驟(4)的鉍基焦綠石薄膜通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時間控制的薄膜厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒?，其特征在于，所述步驟(5)的氧氣氛爐中通入的氧氣壓強為0.02-0.1Mpa，氧氣純度99% -99.9999% ;所述退火溫度為500?700°C，退火時間為5?60min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒?，其特征在于，所述步驟(6)的電極為圓形電極，直徑為0.2?0.3mm,電極材料為AZO或ΙΤ0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟?，該全透型鉍基焦綠石薄膜壓控變?nèi)莨艿耐高^率> 70% ;調(diào)諧率> 20%，測試頻率為IMHz。
【文檔編號】H01G7/06GK103996540SQ201410241982
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李玲霞, 于仕輝, 董和磊, 許丹, 金雨馨 申請人:天津大學(xué)