Sol-Gel前驅(qū)單體法制備PZT鐵電薄膜技術(shù)與性能研究.pdf

1、80年代以來(lái),隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展和薄膜制備技術(shù)的提高,鐵電薄膜材料因其具有優(yōu)越的介電、壓電、熱釋電、電光、聲光及非線性光學(xué)性能以及能夠與半導(dǎo)體技術(shù)集成而受到廣泛的研究.其中鋯鈦酸鉛(PbZr<,x>Ti<,1-x>O<,3>,PZT)鐵電薄膜,屬于ABO<,3>型鈣鈦礦結(jié)構(gòu),是當(dāng)前應(yīng)用最廣、研究最深入的鐵電薄膜材料,使之成為制備F RAM(非揮發(fā)性隨機(jī)存儲(chǔ)器)和DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)的優(yōu)選材料,目前常用的制備PZT鐵電薄膜的方法

2、有溶膠-凝膠法(Sol-Gel)、射頻磁控濺射、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、脈沖激光沉積(PLD)、分子束外延(MBE)等.其中Sol-Gel法制備PZT鐵電薄膜有著工藝、設(shè)備簡(jiǎn)單易操作,組分可精確控制,組成可以任意設(shè)計(jì),薄膜均勻性好,成膜溫度低,可大面積規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),特別適合復(fù)雜組分薄膜的生長(zhǎng),從而一直是制備PZT鐵電薄膜的重要方法.該試驗(yàn)采用Sol-Gel法制備PZT鐵電薄膜,初始原料為醋酸鉛、硝酸鋯(或硝酸氧鋯)和鈦

3、酸正丁酯,乙二醇乙醚為有機(jī)溶劑.由于鋯醇鹽價(jià)格高,中國(guó)無(wú)工業(yè)產(chǎn)品,該研究課題以價(jià)廉容易獲得的硝酸鋯或硝酸氧鋯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋯醇鹽為初始原料,解決原料國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題.實(shí)驗(yàn)并摸索出不需要回流裝置、具創(chuàng)新意義的獨(dú)立前驅(qū)單體Sol-Gel薄膜制備方法和反提拉涂膜技術(shù),直接由Pb<'2+>,Zr<'4+>,Ti<'4+>獨(dú)立前驅(qū)單體制備PZT前驅(qū)體.前驅(qū)單體的穩(wěn)定性對(duì)PZT溶膠-凝膠前驅(qū)體的形成很是關(guān)鍵.研究出了前驅(qū)單體Pb<'2+>,Zr<'4+>,T

4、i<'4+>有機(jī)溶液的制備方法;由三種穩(wěn)定的前驅(qū)單體按需要的化學(xué)計(jì)量比,任意、隨時(shí)調(diào)節(jié)Pb/Zr/Ti配比,制備穩(wěn)定的PZT前驅(qū)體溶膠方法.該試驗(yàn)采用Pb<,1.1>Zr<,0.52>T<,i0.48>,鉛過(guò)量10％以補(bǔ)償在高溫退火晶化過(guò)程中鉛的揮發(fā),PZT濃度控制在0.2M~0.4M.基片分別為Si、Pt/Ti/SiO<,2>/Si,底電極為Pt,蒸Au或In、Ga合金為上電極.同時(shí)研究了PZT前驅(qū)單體混合、水解、縮聚反應(yīng)過(guò)程控制;涂