[发明专利]铁酸铋/钛酸铋叠层结构电容及其制备方法

权利要求书

1.一种铁酸铋/钛酸铋叠层结构电容，该电容包括：以硅为衬底，在该衬底上依次结合有氧化层、下电极金属层、铁酸铋薄膜，以及上电极金属层；其特征在于，在所述下电极金属层与铁酸铋薄膜之间还结合有钛酸铋诱导层薄膜。

2.如权利要求1所述的电容，其特征在于，所述钛酸铋的组成为Bi_4-xX_xTi₃O₁₂，其中的X为稀土元素Nd，La，Sm，Pr，Gd中的任意一种，所述钛酸铋中的X占X和Bi总量的摩尔百分数在0.1＜x＜1.0的范围内；所述钛酸铋中的Bi，相对于所述组成式：Bi_4-xX_xTi₃O₁₂要过量添加，该Bi元素的过剩含量占Bi、X和Ti元素总量的摩尔百分数为5％＜Bi＜20％范围。

3.如权利要求1所述的电容，其特征在于，所述钛酸铋薄膜厚度为10nm～200nm，所述铁酸铋薄膜厚度为20nm～500nm。

4.一种如权利要求1所述电容的制备方法，其特征在于，由铁酸铋BFO和钛酸铋BXT前驱体溶胶的制备，以及铁酸铋BFO/钛酸铋BXT叠层结构电容的制备三部分组成，包括以下步骤：

1)制备所述BXT前驱体溶胶：

11)将稀土元素的醋酸盐硝酸盐0.3～5g溶于乙酸或乙醇胺或乙二醇甲醚中，使其完全溶解成稀土元素的盐溶液；

12)将己酸铋或醋酸铋或硝酸铋3～40g溶于己酸或乙酸使其完全溶解成己酸铋溶液或乙酸铋溶液；

13)将稀土元素的醋酸盐溶液加入己酸铋溶液或乙酸铋溶液中，在25～100℃条件下充分搅拌5～30分钟，以形成澄清均匀的稀土元素与铋的混合溶液；

14)量取异丙醇钛1～10g，徐徐加入上述混合溶液中，在25～100℃条件下充分搅拌10～30分钟，以形成澄清均匀的BXT溶液；

15)将丙醇或乙醇加入上述BXT溶液中进行稀释，使BXT溶液的浓度范围为0.01～0.5mol/1，在25～100℃条件下搅拌10～60分钟，直至形成均匀、浓度适中的BXT溶液；

16)使用孔径为0.2～0.3μm的滤头把所述BXT溶液滤入滴瓶，得到均匀透明的BXT前驱体溶液，放入冰箱冷藏静置约5～10天即可得到BXT前驱体溶胶；

2)制备所述BFO前躯体溶胶：

21)将乙醇铁或硝酸铁0.1～10g溶于乙二醇甲醚或乙酸中，使其完全溶解成铁的有机溶液；

22)将己酸铋或醋酸铋或硝酸铋0.5～20g溶于己酸或乙酸使其完全溶解成己酸铋溶液或乙酸铋溶液；

23)将铁的有机溶液加入己酸铋溶液或乙酸铋溶液中，在25～100℃条件下充分搅拌10～40分钟，以形成澄清均匀的铁铋混合溶液；

24)将乙酸加入上述铁铋混合溶液中进行稀释，将乙二醇甲醚或己酸加入上述铁铋混合溶液中调节黏度，达到制膜工艺所需黏度和浓度，并在25～100℃条件下搅拌20～60分钟，直至形成均匀的、黏度适中的BFO溶液，BFO溶液的浓度范围为0.01～0.5mol/l；

25)使用孔径为0.2～0.3μm的滤头把所述BFO溶液滤入滴瓶，得到均匀透明的BFO前驱体溶液，放入冰箱冷藏静置约1～3天即可得到BFO前驱体溶胶；

3)制备所述铁酸铋BFO/钛酸铋BXT叠层结构电容：

31)采用硅Si作衬底，对其进行清洗，然后氧化，形成的氧化层；

32)溅射下电极，电极材料为：铂/钛Pt/Ti，或铂/氧化钛Pt/TiO₂，或氧化钇/钇IrO₂/Ir，铂/氧化钇/钇Pt/IrO₂/Ir，或氧化钌/钌RuO₂/Ru之中一种；

33)在所述下电极上制备BXT诱导层薄膜，包括以下五步：

(a)利用旋涂的方法涂覆一层BXT前躯体溶胶后，高速离心旋转形成一薄层BXT薄膜，转速为：3000～4000转/分；时间为：20～100秒；

(b)将所述BXT薄膜放在热板上进行前烘，前烘温度为：200～300℃，时间为：5～10分钟；

(c)再将前烘后的薄膜进行热解，热解温度为：300～400℃，时间为：5～15分钟；

(d)重复步骤a)-步骤c)，直到BXT诱导层薄膜达到预定的厚度为止；

(e)然后将该BXT薄膜在600～650℃，氧气或氮气气氛中进行晶化退火，晶化时间为10～30分钟，得到BXT诱导层薄膜；

34)在BXT诱导层薄膜上生长BFO薄膜，包括以下五步：

(a)利用旋涂的方法涂覆一层BFO前躯体溶胶后，高速离心旋转形成一薄层BFO薄膜，转速为：3000～4500转/分；时间为：20～100秒；

(b)将所述薄膜放在热板上进行前烘，前烘温度为：150～300℃，时间为：5～10分钟；

(c)再将前烘后的薄膜进行热解，热解温度为：300～400℃，时间为：5～15分钟；

(d)重复步骤a)-步骤c)，直到BFO薄膜达到预定的厚度为止；

(e)然后将该薄膜在500～650℃，氮气或氧气气氛中进行晶化退火，晶化时间为10～30分钟，得到BFO薄膜；

35)在BFO薄膜上溅射上电极，电极材料为：铂Pt，或钇/氧化钇Ir/IrO₂，氧化钇IrO₂，或钌/氧化钌Ru/RuO₂之中一种，得到BFO/BXT叠层结构电容产品.