[发明专利]一种纳米线底电极与电介质复合薄膜电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电纳米线的应用以及电介质底电极材料的使用技术。尤其是通过溶胶-凝胶法在纳米线底电极基板上形成的纳米线底电极/电介质复合高容量薄膜电容器结构。

背景技术

自从发现碳纳米管以来，一维纳米材料的研究引起了人们极大的兴趣。与碳纳米管相比，纳米线的成分易于控制，因此，纳米线的研究更是引起了人们极大的兴趣。随着纳米线研究的发展，各种不同的硅化物纳米线被制备出来。然而，到目前为止，对硅化物纳米线的应用的研究还处于初始阶段，大多数对硅化物纳米线的研究都集中在其制备研究上，而对其应用的研究比较少，显然，硅化物纳米线的应用前景需要进一步开拓。

随着器件小型化程度要求的不断提高，在电路中起重要作用的电容器的小型化已经成为电子仪器小型化的关键，而大容量小体积的薄膜电容器将具有更大的应用空间。从理论上分析，提高电容可以从增大电极和电介质之间的接触面积，减小电介质厚度，使用高介电常数材料等方面来着手。由于电介质层厚度的减小是有限的，而传统的增大电极和电介质之间接触面积的方法一方面对电容增大有限，另一方面又易于使得器件体积庞大，因此，目前，高介电常数材料的使用成为了提高电容的一个很重要的选择。然而，材料的介电常数并不是能够无限提高的，随着对电容器容量要求越来越高，显然只靠单一的高介电常数电介质材料也并不能真正解决问题。所以给出一种全新的思路并发明一种新的结构必将成为高容量薄膜电容器取得突破的关键。

硅化钛由于其高熔点低电阻率而被广泛用作电路中的接触和互连。硅化钛纳米线由于其本身的导电性，若制备成硅化钛底电极与导电硅化钛纳米线的一体结构，形成纳米线电极层，并以此作为薄膜电容器的底电极，再在上面复合电介质材料层，在同样的占有尺度下其电介质与电极的接触面积将极大地增加。以此可知，当使用高导电性大比表面积的硅化钛纳米线作为电介质底电极时，同样的电介质材料和同样的占有尺度下，其薄膜电容器的电容量将随之极大地提高，这为超高容量薄膜电容器的开发提供了新的方法，也为器件小型化提供了新型的薄膜电容器件；另一方面由于该复合结构制作工艺与半导体工艺完全匹配，非常便于纳米线在电子器件领域的应用，这将会为硅化钛纳米线以及其他导电纳米线的应用提供一种新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高容量的纳米线底电极与电介质复合薄膜电容器及其制备方法。

本发明的纳米线底电极与电介质复合薄膜电容器，在基板上自下而上依次沉积有硅化钛导电薄膜层，硅化钛纳米线底电极层和电介质薄膜层。

上述的基板可以是玻璃基板、单晶硅基板或多晶硅基板。

所说的硅化钛导电薄膜层是Ti₅Si₃晶相或TiSi₂晶相，或由Ti₅Si₃和TiSi₂晶相组成。所说的硅化钛纳米线底电极层是形态为纳米线、纳米钉、纳米棒、纳米线簇或火箭状纳米线的TiSi晶相或TiSi₂晶相。所说的电介质薄膜层为Ba_xSr_1-xTiO₃电介质薄膜，x＝0.3～1。

纳米线底电极与电介质复合薄膜电容器的制备方法，采用的是溶胶-凝胶法，包括以下步骤：

1)将粉末醋酸钡和碳酸锶溶解于醋酸中，Sr与Ba的摩尔比为0～2.33，搅拌至全部溶解，得到溶液甲；

2)将钛酸四丁脂溶解于乙二醇甲醚中，得到溶液乙；

3)将甲、乙两种溶液按摩尔比为1∶1混合，配制浓度为0.3～0.6mol/l的透明前驱体溶胶Ba_xSr_1-xTiO₃，x＝0.3～1；

4)清洗基板，以化学气相沉积法在基板上依次沉积硅化钛导电薄膜层和硅化钛纳米线底电极层；

5)用提拉法在硅化钛纳米线底电极层上涂覆Ba_xSr_1-xTiO₃前驱体溶胶；

6)在580～640℃热处理30～60min，得到纳米线底电极与电介质复合薄膜电容器。

Ba_xSr_1-xTiO₃电介质薄膜的厚度由提拉速度决定。一般，提拉速度控制在2cm/min～6cm/min。

本发明与背景技术相比具有的有益效果有：

1、采用溶胶-凝胶法制备纳米线底电极与电介质复合薄膜电容器，对设备要求低，操作方便，易于实现。