[发明专利]利用溶胶凝胶法制备钛酸铜钙薄膜

说明书

技术领域

本发明是关于电子功能材料的，特别涉及一种类钙钛矿型钛酸铜钙CaCu₃Ti₄O₁₂功能陶瓷薄膜的制备方法。

背景技术

钛酸铜钙CaCu₃Ti₄O₁₂(简称CCTO)是类钙钛矿结构化合物，是近年来发现的一种具有巨大介电常数的新型材料，CCTO具有优异的电学性能，包括反常的巨介电常数(ε≈10⁴～10⁵)和低的介电损耗(tanδ≈0.03)，特别是在室温附近很宽的温区内(100～400K)介电常数值几乎不变，表明其具有良好的热稳定性。

目前，CCTO研究者大多数研究的是CCTO的块状材料，多用固相合成法制备。但随着电子元器件的微型化和高速化，CCTO薄膜化则是必然发展趋势。

为了得到均匀致密、表面平整、介电性能优异的薄膜材料，可采用许多不同的制膜方法，如真空蒸发、磁控溅射、分子束外延、化学气相沉积等。本发明采用了溶胶凝胶法制备了CCTO薄膜。溶胶凝胶法相比于其它制膜方法有很多优点：(1)反应在溶液中进行，均匀度高，对于多组分其均匀度可以达到分子或原子级；(2)烧结温度较低；(3)化学计量比较准确，易于改性，掺杂量的范围加宽；(4)工艺简单，容易推广，成本较低。

发明内容

本发明的目的，是在现有技术的基础上提供一种工艺简单、周期短、能耗低、采用溶胶凝胶法制备CCTO薄膜材料的方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种利用溶胶凝胶法制备钛酸铜钙薄膜的方法，具有如下步骤：

（1）清洗基片

将氧化铝基片用洗涤剂清洗，去除表面油脂和污垢，然后放入盛有去离子水的烧杯中，超声振荡清洗5-10min；再将基片放入烘箱中充分干燥；

（2）制备CaCu₃Ti₄O₁₂简称CCTO前驱体溶液

在放有磁力搅拌子的容器中，加入3～10ml乙二醇(HOCH₂)₂或无水乙醇C₂H₅OH作为溶剂；再滴加0.2～0.8ml的盐酸HCl到乙二醇或无水乙醇中，构造酸性环境；量取1～3ml钛酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄滴加到上述混合溶液中，进行充分的磁力搅拌；当上述溶液混合均匀后，在磁力搅拌的同时，按照与钛酸丁酯的摩尔比为4:1的量缓慢匀速滴加去离子水，使钛酸丁酯水解；继续搅拌10-20min；按Ca:Cu:Ti=1:3:4的摩尔比称取乙酸铜Cu(CH₃COO)₂和硝酸钙Ca(NO₃)₂，并移至搅拌中的溶液里，继续充分搅拌后得到翠绿色的CCTO前驱体溶液；

（3）旋涂法制备CCTO薄膜

采用台式匀胶机吸附住氧化铝基片，将步骤（2）的CCTO前驱体溶液滴加到基片表面，匀胶机的转速控制在2～3千转/分，时间为20-30秒，进行甩胶旋涂；然后将基片加热至200～300℃，保温1～10min，使溶剂挥发，此时即在氧化铝基片上形成一层CCTO薄膜；

重复上述过程，得到所需厚度的CCTO薄膜；

（4）退火处理

将经过预烧处理的基片于800～1000℃进行热处理，保温2h，随炉冷却至室温，制得致密、均匀的CCTO薄膜。

所述步骤（1）和步骤（2）使用的原料均为分析纯原料。

所述步骤（3）旋涂三次形成的CCTO薄膜的厚度为150纳米。

本发明的有益效果：是采用溶胶凝胶法在氧化铝基片上制备出了均匀致密的CCTO薄膜材料，与利用磁控溅射等方法制备CCTO薄膜相比，本发明不需要如磁控溅射系统等昂贵的工艺设备，具有简单易行、工艺稳定等优点。本发明可为更好地制备以CCTO薄膜为基础的敏感元件打下基础。

附图说明

图1是对Al₂O₃基片上制备出CCTO薄膜进行XRD分析图。

具体实施方式

本发明所用原料均为分析纯试剂。

具体实施例如下：

清洗基片：