[发明专利]一种基于柔性衬底生长的锶掺杂钛酸钡多晶薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于柔性衬底生长的锶掺杂钛酸钡多晶薄膜的制备方法，包括将锶掺杂钛酸钡块体为靶材，云母作为衬底，控制靶材与衬底距离为4~4.5cm，将腔体封闭并抽真空至10^‑4 Pa以下，然后控制纯氧的氧压为15~20Pa，激光能流密度为2~2.5 J/cm²，然后以2~5℃/min的速度将腔内样品台温度升至650~700℃，轰击靶材，得到柔性的锶掺杂钛酸钡多晶薄膜。本发明制备的锶掺杂钛酸钡薄膜致密性和平整度较好，在制备耐高温、可柔性弯曲的高介电电容器中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于柔性介电材料技术领域，具体涉及一种基于柔性衬底生长的锶掺杂钛酸钡多晶薄膜的制备方法。

背景技术

介电材料是部分绝缘材料的一种特殊的电学性能，随着电子器件向小型化和高性能化方向的发展，电介质材料受到研究者极大关注。电介质储能技术具有异常快的能量转换速率，工作时间长以及环境友好等特点，已在现代电子电力工业如可穿戴电子、混合动力汽车、武器系统等领域得初露头角。随着电子器件向小型化和高性能化方向的发展，具有高储能密度的电介质材料需求迫切。

钙钛矿氧化物是一种空间群为Pm3m的复合氧化物，其通式为ABO₃。由于钙钛矿材料丰富的物理机制及其在新型电子器件中的广阔应用前景，过去十年中基础研究领域在钙钛矿氧化物薄膜及其异质结体系中发现许多新奇的物理效应，上世纪初，BaTiO₃等钙钛矿氧化物中发现铁电性开始，钙钛矿型氧化物材料开始走进人们的视线。钛酸钡是一种经典的铁电和介电材料，通过掺杂如Sr元素，取代Ba的位置，从而使其具有比原始钛酸钡更好的介电性能。

目前较为成熟的生长高介电材料的技术方法主要是基于刚性衬底，由脉冲激光沉积系统、磁控溅射或者原子层沉底系统来生长。同时制备柔性的高介电材料通常采用溶胶凝聚旋涂的方法来制备薄膜，但这种方法成膜的均匀性较差，而且不能耐受高温，从而限制了其在温度较高的环境中的应用。但是通过在脉冲激光沉积系统，在云母上生长锶掺杂钛酸钡多晶薄膜，为实现耐高温、柔性高介电电容器提供一个很好的途径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供了一种基于柔性衬底生长的锶掺杂钛酸钡多晶薄膜的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种基于柔性衬底生长的锶掺杂钛酸钡多晶薄膜的制备方法，包括将锶掺杂钛酸钡块体为靶材，云母作为衬底，控制靶材与衬底距离为 4~4.5cm，将腔体封闭并抽真空至 10^-4 Pa 以下，激光能流密度为2~2.5 J/cm²，然后控制纯氧的氧压为15 ~20Pa，然后以2~5℃/min 的速度将腔内样品台温度升至 650~700℃，轰击靶材，得到柔性的锶掺杂钛酸钡多晶薄膜。

氧压的含量和激光能流密度对薄膜质量以及性能的好坏起决定性的作用。本发明限定氧压的含量在15-20 Pa和激光能流密度为2-2.5 J/cm²，薄膜成膜性和介电性能良好。

优选地，云母在使用前依次经过丙酮、异丙醇和乙醇进行清洗吹干。衬底表面的平整度对薄膜平整度影响很大，本发明选取三种液体分别清洗和处理云母衬底表面，使其平整度满足需要。

优选地，升温以2~3℃/min 的速度将腔内样品台温度升至 650~700℃。

优选地，薄膜降温按照2~5℃/min 的速度冷却至室温，氧压调整到10⁴ Pa。

优选地，真空处理至 10^-4 Pa~10^-5 Pa。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：