[发明专利]一种无热处理的磁控溅射制备钙钛矿铁电薄膜的方法

说明书

本发明提供了一种无热处理的磁控溅射制备钙钛矿铁电薄膜的方法，其工艺为：用溶胶凝胶法制备BZT‑BCT的凝胶，将凝胶在600‑800℃下煅烧得到前驱物粉体，将前驱物粉体与聚乙烯醇溶液混合后造粒、压靶、排胶、在800‑1000℃烧结6小时制得磁控溅射所需靶材。本发明通过单靶磁控溅射的方法在不加热的Si基底上生长了结晶性非常好的复合钙钛矿铁电多晶薄膜，为铁电薄膜的生长提供了一种工艺简单，低能耗，生长条件宽泛的生长方法。

技术领域

本发明涉及钙钛矿铁电薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种无热处理的磁控溅射制备钙钛矿铁电薄膜的方法。

背景技术

钙钛矿铁电材料由于拥有高压电、介电、热电等性能，所以在电子器件中成为不可或缺的材料。与传统铁电陶瓷相比，铁电薄膜在继承了块体材料的基本性能以外，还有体积小，重量轻，易驱动，方便与半导体工艺集成等特点。在电子设备越来越追求小尺寸、多功能、低能耗的今天，铁电薄膜材料的制备工艺迫切需要得到发展。

目前用于制备铁电薄膜的方法有溶胶凝胶法、化学溶液沉积法、化学气相沉积方法、脉冲激光沉积，分子束外延和射频磁控溅射等方法。在目前的制备工艺中，基片一般需要加温到600 ℃ 以上，或者需要生长后退火处理。这无疑将制备工艺复杂化，并且在工业生产中增加成本。如何使得制备工艺低成本，方法简单又可与半导体工艺对接成为目前研究的重要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对在目前的铁电薄膜制备工艺中成本高，工艺复杂等问题，用0.5Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃-0.5(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃(下文简写BZT-BCT)铁电材料提供一种无热处理的磁控溅射制备钙钛矿铁电薄膜的方法；这种制备方法实现了在基片不加热的条件下利用射频磁控溅射的方法生长出高质量的BZT-BCT铁电多晶薄膜。

为解决本发明的技术问题采用如下技术方案：

一种无热处理的磁控溅射制备钙钛矿铁电薄膜的方法，其特征在于工艺为：用溶胶凝胶法配置BZT-BCT靶材的前驱物粉体，使前驱物粉体与聚乙烯醇混合后压靶烧结得到BZT-BCT靶材，使用BZT-BCT靶材通过单靶射频磁控溅射的方式在不加热的Si基片上生长复合钙钛矿铁电多晶薄膜。

上述无热处理的磁控溅射制备钙钛矿铁电薄膜的方法，具体步骤如下：

(1) 将原料Ba(NO₃)₂、Zr(NO₃)₄·5H₂O、Ti(OC₄H₉)₄、Ca(NO₃)₂·4H₂O和柠檬酸用溶胶凝胶法配制BZT-BCT的凝胶，放入烘箱60-120℃条件下，蒸干溶剂形成干凝胶，在箱式炉中600-800℃煅烧3-5小时得到靶材的前驱物粉体；

(2) 将步骤(1)中靶材的前驱物粉体与质量比为1%-3%的聚乙烯醇溶液混合造粒、压靶、排胶、烧结得到BZT-BCT靶材；

(3) 将步骤(2)中的BZT-BCT靶材置入溅射室，抽真空；

(4) 然后将氩气与氧气按比例通入到溅射室中，调节溅射气压；

(5) 调节射频功率起辉光，预溅射；

(6) 在不加热的Si基片上溅射形成钙钛矿铁电薄膜。

所述步骤(2)中烧结温度为800-1000 ℃。

所述步骤(3)中抽真空至10^-4-10^-5 Pa。