鈦酸鍶鋇薄膜材料

鈦酸鍶鋇薄膜材料材料包括金屬基片，特別是金屬基片上依次覆有Ba0.2～0.6Sr0.8～0.4TiO₃種子層和Ba_XSr_1-XTiO₃薄膜。

基本介紹

• 中文名：鈦酸鍶鋇薄膜材料
• 外文名：Barium strontium titanate thin films
• 英文簡稱：BST
• 製備材料：醋酸鋇、醋酸鍶、鈦酸丁脂等
• 製備方法：物理氣相沉積
• 學科：電子工程

製備方法

方法包括用常規方法獲得金屬基片，特別是按照Ba0.2～0.6Sr0.8～0.4TiO₃的成分比，將醋酸鋇、醋酸鍶、三氟乙酸、乙醯丙酮和鈦酸丁脂先後混合得到種子層前驅膠體，再將該膠體置於金屬基片上，經甩膜、熱解、退火得到種子層；按照BaXSr1-XTiO₃(0≤X≤1)的成分比，將醋酸鋇、醋酸鍶、鈦酸丁脂和甲醇先後混合得到鈦酸鍶鋇前驅膠體；再將此前驅膠體置於覆有種子層的金屬基片上，經甩膜、熱解和退火得到BaXSr1-XTiO₃薄膜；重複得到薄膜的步驟，直至獲得所需厚度的BaXSr1-XTiO₃薄膜，從而製得高度取向的鈦酸鍶鋇薄膜材料。它既適合後續釔鋇銅氧薄膜的生長，也可直接套用於動態隨機存儲器中。

鈦酸鍶鋇概述

鈦酸鍶鋇 (Ba_1-xSr_xTiO₃，BST)可歸為BaTiO₃ (BTO) 和SrTiO₃ (STO) 的固溶體。BTO為鐵電材料，其居里溫度約為 120^oC，隨著STO含量的增加，BST的居里溫度逐漸降低，從 400K降低至 30K。在室溫下，當x<0.3 時，BST為鐵電相，反之為順電相。在居里溫度以上，BST為順電相，屬立方晶系，空間群Pm3m；在居里溫度以下為鐵電相，屬四方晶系，空間群P4mm，BST是典型的鈣鈦礦型鐵電材料。

在對 BST 材料的介電性能的研究中發現，BST 不僅具有高的介電常數，適用於 DRAM，而且還可通過外加電場來調節其介電常數，即具有介電常數的電場非線性，此性能為發展一系列微波器件提供可能，如：移相器、可調濾波器、退藕電容等。

薄膜製備及性能表征

薄膜的製備方法主要分為：物理氣相沉積 (PVD)，包括濺射 (sputtering)、雷射脈衝沉積 (PLD)、分子束外延 (MBE)等；和化學氣相沉積 (CVD)，包括金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、溶膠凝膠 (sol－gel)等。這幾種製備方法各有其自身的優缺點：

濺射法

濺射法：可分為磁控濺射和離子束濺射，其優點是能夠以較低的成本製備工業套用的大面積薄膜； 制膜不僅可使用陶瓷靶材，也可在氧氣氛中使用金屬或合金的靶材進行反應濺射獲得所需薄膜。其缺點是，在濺射過程中各組元的揮發性差別很大，膜的成分和靶的成分有較大的偏差，而且偏差的大小隨工藝條件而異，這使工藝的摸索和穩定較為困難。

脈衝雷射沉積法

脈衝雷射沉積法：PLD 方法的基本原理是利用經過聚焦而具有很高能流密度的紫外脈衝雷射照射靶材，產生雷射電漿，最終在襯底上沉積成膜。其最大優點是膜的化學成分和靶的化學成分很接近，因而易於獲得成分可嚴格控制的膜。它特別適合於製備高熔點、多組分的氧化物薄膜和異質結構。其缺點是膜表面上常有細微液滴凝固形成的顆粒狀突起而使表面質量不甚理想，也不易於製備大面積薄膜。

分子束外延

分子束外延：MBE 是利用分子束或原子束在超高真空系統中進行外延生長的。在生長過程中，可對生長環境和薄膜組成及結構進行原位監測和控制，因而可獲得高純、厚度可控的超薄膜，特別適用於外延單晶膜和超晶格的製備，成為目前製備半導體超薄膜、多層量子結構、超晶格的主要手段之一。

溶膠－凝膠法

溶膠－凝膠法：sol－gel 的基本原理是將薄膜各組元的醇鹽溶於某種溶劑中反應產生復醇鹽，然後加入水和催化劑使其水解並依次轉變為溶膠和凝膠，可用甩膠法，經乾燥、燒結製成所需薄膜。該方法的優點是可獲得分子水平的均勻膜，設備簡單，成本低，可製備大面積薄膜；缺點是膜的緻密性差，常有針孔等缺陷導致漏電流，表面平整度也不太理想。

化學氣相沉積法

化學氣相沉積法：其特點是在材料進行化學反應合成的同時成膜，其中以金屬有機物化學氣相沉積 (MOCVD) 的用途最廣。這種方法可以製備面積較大、結構緻密、結晶性能良好的薄膜，包括外延單晶膜。其缺點是對於許多的氧化物材料， 所需的具有足夠高飽和蒸汽壓的金屬有機物前驅體難以合成，因而影響了該技術的充分發揮。