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掺杂钛酸锶钡薄膜的制备与电性能的研究

付兴华  
【摘要】:(Sr,Ba)TiO_3薄膜在DRAM、相位移器等领域的应用前景已成为国内外材 料研究的主要领域之一。本文以Ba(Ac)_2、Sr(Ac)_2·1/2H_2O和Ti(OC_4H_9)_4为主要前 驱化合物,研究了sol-gel技术制备薄膜的工艺参数、结构与性能的关系。 冰醋酸、无水乙醇作为溶剂,其用量分别为10~20ml,丙三醇和乙酰丙酮 0.5~2ml分别作为表面活性剂和螯合剂时,制得溶胶的PH值为3~4,粘度为 3cp~6cp,浓度为O.3~O.4mol/L。当均胶速率为3500r/min,时间为30s时, 均胶三层的薄膜厚度为450nm。当升/降温速率为0.5~1℃/min,保温时间为1 小时,薄膜表面颗粒分布均匀,无裂纹。Pt/TiO_2/SiO_2/Si(100)结构稳定了Pt 电极,避免了电极的剥落。乙酰丙酮是较理想的螯合剂,它能使钙钛矿的形成 温度降低到624℃,其机理为溶胶中的乙酰丙酮由酮式向烯醇式异构体的转变, 容易地与Ti(COC_4H_9)_4螯合形成网络结构,而Ba~(2+)、Sr~(2+)等离子能均匀的分布在此 网络中,热分解时金属离子能够均匀地分布,避免了某些阳离子的富集,利于 晶相的形成,晶粒能够均匀地长大,其平均粒径为80nm。当薄膜的退火温度为 750℃、厚度为450nm时,表现出较好的电性能。 SrTiO_3和BaTiO_3有不同的居里温度点,可以通过调整Sr/Ba,的比例改变 SBT薄膜的居里温度点,获得最大的介电常数。在相同测试频率(1KHz)下,在 低阻硅(3~6Ωcm)基片上制备的薄膜,Sr/Ba比为O.5(M_3)时,Sr_0.5Ban_0.5TiO_3 薄膜相对于其它sr/Ba比的薄膜而言,其相对介电常数ε r最大(ε r=78), 介质损耗tan δ最小(tan δ=O.057),最大介电常数温度点Tm为305K;但当 同样Sr/Ba=O.5的薄膜在高阻硅(3000 Ω cm)基片上生成时,εr和tan δ分 别为l 00.54和0.060,Tm为308K,其性能远优于低阻硅基片上生长的薄膜。在 两种基片上沉积的薄膜均具有良好的介频特性。 微量元素铋、钇(其掺量范围分别为0.000~0.030mol)和铌(其掺量范围 为0.000~O.0412mol)均降低了SBT薄膜的介质损耗tan δ,且随着微量元素 添加量的增加,最大介电常数温度点Tm逐渐移向低温,介电常数峰的半高宽增


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