一种射频溅射制备织构化钛酸锶钡介电陶瓷薄膜的方法，采用溅射法在经过标准ＲＣＡ清洗过程后的Ｓｉ片沉积１００ｎｍ厚的Ｐｔ，随后将镀铂的Ｓｉ片在管式炉中２００－５００℃退火１小时作为衬底，随后对满足化学剂量比（Ｂａ＋Ｓｒ＝１）的ＢＳＴ陶瓷靶预溅射２４小时，随后在Ａｒ∶Ｏ↓［２］＝１．５－１，总压１０－１００ｍＴｏｒｒ，衬底温度为５５０－７００℃，靶和基片的距离为４０－８０ｍｍ的条件下，采用射频溅射法沉积２２０ｎｍ厚的ＢＳＴ介电陶瓷薄膜，溅射完毕后，在总压为２×１０↑［３］－５×１０↑［４］Ｐａ的氧气气氛下缓慢冷却到室温。本发明专利技术制备的介电陶瓷薄膜，在直流电场下具有近５０％的可调性，介电常数达６８０以上，介电损耗为１．５％，室温下，４５０ｋＶ／ｃｍ的场强时漏电流仅为１０↑［－８］Ａ／ｃｍ↑［２］数量级。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种射频溅射制备(111)织构(Ba,SivJTi(X,介电陶 瓷薄膜的方法，即通过陶瓷靶材，优化工艺参数，制备出单一钙钛矿 相的(111)织构的(Ba,Siv》Ti03介电陶瓷薄膜，制备出的BST薄膜 具有大的高的可调性、介电常数、较低的损耗以及低的漏电流。
技术介绍
自20世纪五十年代以来，钙钛矿型铁电固溶体一直是人们感兴 趣的研究对象。BaTi03是最早发现的一种钙钛矿型铁电体，其特点是 介电常数大、非线性强、有明显的温度、频率依赖性。SrTi03性能 稳定、绝缘性好、温度系数小、介电损耗小，SrTi03是一种先兆型铁 电体，由热力学理论推算其居里温度点Tc;为3.0K左右。人们通常以 Sr原子取代BaTi03中的Ba原子，形成(BaxSivxTi03) (BST)。从材料 学观点分析，BST是BaTi03和SrTi03固溶体，BT和ST电学性质完全 不同，但是BST固溶体却有非常好的电性能，兼有BT高介电常数， 低介电损耗和ST结构稳定的特点。特别是当Ba/Sr的比例近于1时， 这种材料具有高的介电常数、低的介电损耗以及室温下有很好的可调 性(在外加一定直流偏压下，介电常数能发生很大的变化)。因此， 其薄膜材料被选用于高频率敏感微波器件，例如振荡器、移相器、 延迟线、天线和可调性滤波器等。另外，铁电钛酸锶钡薄膜作为一种 新型介电材料，在动态随机存储器(DRAM)上拥有非常好的应用前景， 原因在于通过合理选择Ba/Sr比，能使材料满足工作条件在室温范围 内，并能同时具备所要求的不同的性质；而同时具备相对较低的漏电 流和高的介电常数，这正好满足了 DRAM对电容介电材料的优势。BST 已被认为是开发下一代超大规模集成电路动态随机存储器(ULSI DRAM)的重要材料。正因为其优越的介电/铁电性能，对钛酸锶钡材料的研究与应用开发已成为大家竞相角逐的热点问题之一。参见H. N. Lee， D. Hesse， N. Zakharov， and U. G5sele， Science (禾斗 学)296， 2006 (2002). C. H. Ahn， K. M. Rabe, and J. -M. Triscone, Science(科学)303， 488 (2004). J. Im， 0. Auciello， P. K. Baumann， S. K. Streiffer， D. Y. Kaufman, and A. R. Krauss， Applied Physics Letters (应用物理快报)76， 625 (2000). A.I. Kingon， J. —P. Maria, S. K. Streiffer， Nature (自然)406， 1032 (2000).(BaxSrh)Ti03是此类材料中被研究较多的典型代表。目前许多研 究组都在研究，在不同的单晶衬底(诸如:LaA103、 MgO、 Al力3等) 进行外延生长BST薄膜。近年来，随着铁电薄膜制备技术的突破，薄 膜材料和薄膜制备技术的研究有了长足的进步，使方便地制备各种铁 电薄膜成为可能。并且，多晶的BST薄膜的性能已尽可以达到和外延 薄膜相同的优势。由于半导体集成技术的进步，在单晶Si上集成转 钛矿铁电薄膜越来越多的吸引了人们的研究视线。例如在单晶Si 上通过缓冲层等技术达到在Si (100)上生长(100)取向的外延或 者高取向织构铁电/介电薄膜。然而最近在不同取向的单晶MgO上外 延出不同取向的BST薄膜，试验结果表明(111)取向的BST薄膜在 可调微波器件应用方面比(100)取向的薄膜具有更大的优势。 S. E. Moon， E. —K. Kim， M. —H. Kwak， H. _C. Ryu， Y. —T. Kim， K. -Y. Kang， S. -J. Lee， and W. -J. Kim， Applied Physics Letters (应用物理快报)83, 2166 (2003)。但是由于半导体集成技术的发展，在单晶Si上集成钙钛矿结构 的铁电薄膜越来越多地吸引了人们的研究视线。然而，到目前为，在 单晶Si上很少能制造生长(111)取向的BST薄膜。本专利技术中涉及的 方法不但可以在单晶Si上制备出(111)取向的BST薄膜，而且该铁 电薄膜在直流电场下具有近50%的可调性，介电常数达到680以上， 介电损耗仅为1.5%。同时，在室温下，450 kV/cm的场强下漏电流仅 为10-8 A/cm2数量级。
技术实现思路
本专利技术是在传统磁控溅射的基础上，通过对靶间距，溅射功率， 溅射气氛、气压等参数进行精细的控制和调整，在Si单晶上集成得 到满足化学剂量比，完全是(111)取向，并且具有优异电性能的(BaxSrvjTi03铁电薄膜。本专利技术的优点是在单晶硅上可以集成出在微 波器件方面具有优势的(111)取向的BST薄膜，方法可靠，重复性 好。本专利技术的目的是利用传统的磁控溅射技术，通过精确控制溅射 工艺参数，在Si单晶上制备出具有优异电性能，并且更适合微波器 件使用的(111)取向的BST薄膜。本专利技术的目的是这样实现的 一种射频溅射制备(111)织构(Ba,Srh)Ti03介电陶瓷薄膜的方法，其特征是包括下列步骤(1) 、将采用RCA标准清洗工艺洗干净的单晶Si片，放入溅射设 备，沉积90-110nm厚的Pt，随后将镀铂的Si片在管式炉中200-500 。C退火0. 5-1. 5小时以作为衬底或直接镀Pt于单晶Si衬底上，并 在200-500 。C室温空气中退火得到(111)取向的Pt涂覆的Si基衬 底最为最终沉积BST薄膜的衬底；(2) 、在溅射设备中采用射频功率预溅射满足化学剂量比Ba+Sr = 1的BST陶瓷耙材20-30小时；(3) 、在Ar:02为1.5-1范围内，总压10-100 mTorr，衬底温度 为550-700 °C，靶和基片的距离为40-80腿的条件下，采用射频溅 射法沉积200-240 nm厚的(BaxSiVx)Ti03介电陶瓷薄膜，溅射完毕后， 在总压为2X 103-5X 104 Pa的氧气气氛下缓慢冷却到室温。射频溅射制备(111)织构(Ba,Srv》Ti03介电陶瓷薄膜的方法， 优选步骤是(1) 、将采用RCA标准清洗工艺洗干净的单晶Si片，放入溅射设 备，沉积95-105醒后的Pt，随后将镀铂的Si片在管式炉中200-500 °C退火0. 75-1. 2小时以作为衬底或直接镀Pt于单晶Si衬底上，并 在200-500 。C室温空气中退火得到(111)取向的Pt涂覆的Si基衬 底最为最终沉积BST薄膜的衬底；(2) 、在溅射设备中采用射频功率预溅射满足化学剂量比Ba+Sr = 1的BST陶瓷耙材22-26小时；(3)、在Ar:02为1.5-1范围内，总压10-100 mTorr，衬底温度 为550-700 。C，靶和基片的距离为40-80 mm的条件下，采用射频溅 射法沉积210-230nm厚的(BaxSiVx)Ti03介电陶瓷薄膜，溅射完毕后， 在总压为2X 103-5X 104 Pa的氧气气氛下缓慢冷却到室温。射频溅射制备(111)织构(BaxSivjTi本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种射频溅射制备织构化钛酸锶钡介电陶瓷薄膜的方法，其特征是包括下列步骤：（１）、将采用ＲＣＡ标准清洗工艺洗干净的单晶Ｓｉ片，放入溅射设备，沉积９０－１１０ｎｍ厚的Ｐｔ，随后将镀铂的Ｓｉ片在管式炉中２００－５００℃退火０．５－１．５小时以作为衬底或直接镀Ｐｔ于单晶Ｓｉ衬底上，并在２００－５００℃室温空气中退火得到（１１１）取向的Ｐｔ涂覆的Ｓｉ基衬底最为最终沉积ＢＳＴ薄膜的衬底；（２）、在溅射设备中采用射频功率预溅射满足化学剂量比Ｂａ＋Ｓｒ＝１的ＢＳＴ陶瓷靶材２０－３０小时；（３）、在Ａｒ∶Ｏ↓［２］为１．５－１范围内，总压１０－１００ｍＴｏｒｒ，衬底温度为５５０－７００℃，靶和基片的距离为４０－８０ｍｍ的条件下，采用射频溅射法沉积２００－２４０ｎｍ厚的（Ｂａ↓［ｘ］Ｓｒ↓［１－ｘ］）ＴｉＯ↓［３］介电陶瓷薄膜，溅射完毕后，在总压为２×１０↑［３］－５×１０↑［４］Ｐａ的氧气气氛下缓慢冷却到室温。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜军，王毅，刘保亭，魏峰，杨志民，毛昌辉，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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