钛酸锶钡介质薄膜的制备方法[0002]钛酸锶钡(BahSrxT13,即BST)铁电薄膜具有介电性能优良、居里温度随组份改变以及介电常数随电场可调等特点，在动态随机存储器、室温红外探测器、微波调谐器件等领域具有广阔的应用前景，是铁电集成器件领域最广泛研究的材料之一，成为国内外研究的热点。[0003]BST薄膜的制备方法主要有射频磁控派射(RF-Magnetron sputtering)、脉冲激光沉积(PLD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)以及溶胶-凝胶法(Sol-Gel);与其他方法相t匕，溶胶-凝胶法制备薄膜具有均匀性好、化学计量比容易控制、设备简单等优点，已被广泛用于铁电薄膜的制备；传统溶胶-凝胶法制备BST薄膜多采用钡、锶的醇盐或醋酸盐和钛酸四丁酯作原料，成本较高，原料化学性质不稳定且不易获得。以碳酸钡、碳酸锶及二氧化钛作为原料采用Sol-Gel制备BST铁电薄膜未见报道；本发明利用二氧化钛代替钛酸四丁酯，碳酸盐代替部份醇盐，采用Sol-Gel技术来制备BahSrxT13(BST)薄膜的新工艺。
[0004]本发明的目的，在于克服传统溶胶-凝胶法制备BST薄膜多采用钡、锶的醇盐或醋酸盐和钛酸四丁酯作原料、成本较高、原料化学性质不稳定且不易获得的缺点，提供一种钛酸锶钡介质薄膜的制备方法，通过二氧化钛代替钛酸四丁酯，碳酸盐代替部份醇盐，以达到降低生产成本的目的。[0005]本发明通过如下技术方案予以实现:[0006]一种钛酸锶钡介质薄膜的制备方法，步骤如下:[0007](I)配制钛-柠檬酸-乙二醇溶液
[0008]①根据钛酸锶钡的化学计量比称取二氧化钛粉体，将二氧化钛放入氢氟酸中，水浴加热至其全部溶解；
[0009]②向步骤①的溶液中加入氨水，中和反应生成偏钛酸沉淀；
[0010]③抽滤、洗涤步骤②所得偏钛酸沉淀，然后将偏钛酸加入硝酸中，磁力搅拌至沉淀完全溶解，得到硝酸钛溶液；其中偏钛酸与硝酸的摩尔比为1:2 ;
[0011]④向步骤③所得硝酸钛溶液中加入柠檬酸，磁力搅拌使柠檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加热磁力搅拌2h使溶液混合均匀，其中硝酸钛、柠檬酸与乙二醇之间的摩尔比为1:4:4 ；
[0012]⑤将步骤④所得溶液静置24h，使反应进行完全，得到钛-柠檬酸-乙二醇的硝酸水溶液；溶液经60°C磁力搅拌加热4h，得到稳定的钛-柠檬酸-乙二醇水溶液；
[0013](2)配制钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶液[0014]①按照摩尔比例1:4制备柠檬酸-乙二醇溶液
[0015]②根据钛酸锶钡的化学计量比称取钛酸钡、钛酸锶，将其加入上述柠檬酸-乙二醇溶液中，磁力搅拌加热至粉体全部溶解，得到稳定的钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶液；
[0016](3)将步骤(2)配置的钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶液加入步骤(1)配置钛-柠檬酸-乙二醇水溶液中，搅拌均匀得钛酸锶钡前驱体溶胶；
[0017](4)向步骤(3)制得钛酸锶钡溶胶中加入甲醇做稀释剂，加热搅拌，得到所以需要的钛酸锶钡前驱体溶胶；
[0018](5)将步骤(4)配置的前躯体溶胶滴在基底上，用台式匀胶机匀胶，使溶胶均匀地涂覆在基底上，制得多层薄膜，然后于热板上干燥；
[0019](6)将步骤(5)干燥后的薄膜在550~750°C进行热处理；
[0020](7)重复步骤(5)、(6)制备厚度为300nm的多层薄膜；
[0021](8)将步骤(7)制备的多层薄膜再于550~750°C进行后处理，处理0.5~2h，得到钛酸锶钡介质薄膜。
[0022]所述步骤(5)的基底为Si02/Si基底。
[0023]所述步骤(6)的热处理温度为650°C。
[0024]本发明的钛酸锶钡介质薄膜的制备方法，以碳酸钡、碳酸锶及二氧化钛作为原料，替代了现有技术的部份醇盐及钛酸四丁酯，降低了薄膜的生产成本。此外，该制备工艺获得薄膜性能优异，过程简单，是一种Sol-Gel法制备BST薄膜的新工艺，具有广阔的应用前景。
[0025]本发明采用日本理学公司DMAX/RC型X射线衍射仪测试，薄膜为立方相结构；采用美国VEECO公司DEKTAK6M面形貌测量仪测试，薄膜的厚度为300nm ;采用场发射扫描电镜(JEOL JSM-7600F, Japan)测试，薄膜致密无裂纹。

[0026]本发明所用原料均为市售分析纯原料，下面通过具体实施例对本发明做进一步描述。
[0027]本发明钛酸锶钡介质薄膜的制备方法，步骤如下:
[0028](一 )配制钛-柠檬酸-乙二醇溶液
[0029]⑴根据Ba^SrxT13 (其中x = 0.3~0.5)的化学计量比称取T12粉体，将T12加入HF中，水浴加热至其全部溶解；
[0030]⑵向步骤⑴的溶液中加入氨水，中和反应生成偏钛酸沉淀；
[0031]⑶抽滤、洗涤步骤⑵所得偏钛酸沉淀，然后将偏钛酸加入硝酸中，磁力搅拌至沉淀完全溶解，得到硝酸钛溶液；其中偏钛酸与硝酸的摩尔比为1:2 ;
[0032]⑷向步骤⑶所得硝酸钛溶液中加入柠檬酸，磁力搅拌使柠檬酸完全溶解；再向溶液中加入乙二醇溶液，加热磁力搅拌2h使溶液混合均匀，其中硝酸钛、柠檬酸与乙二醇之间的摩尔比为1:4:4 ； [0033](5)将步骤(4)所得溶液静置24h，使反应进行完全，得到T1-CA-EG硝酸水溶液；溶液经60°C磁力搅拌加热4h，得到稳定的钛-柠檬酸-乙二醇溶液；
[0034]( 二)配制钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶液
[0035]⑴按照摩尔比例1:4制备柠檬酸-乙二醇溶液[0036](2)根据Ba^xSrxT13 (其中x = 0.3~0.5)的化学计量比称取BaC03、SrCO3,将其加入上述柠檬酸-乙二醇溶液中，磁力搅拌加热至粉体全部溶解，得到稳定的钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶液；
[0037](三)将步骤(二)配置的钡-锶-柠檬酸-乙二醇溶液加入步骤(一)配置钛-柠檬酸-乙二醇溶液水溶液中，搅拌均匀得到钛酸锶钡即前驱体溶胶；
[0038](四)向步骤(三)制得的钛酸锶钡前驱体溶胶中加入甲醇做稀释剂，加热搅拌得到所需要的钛酸锶钡前驱体溶胶；
[0039](五)将步骤(四)配置的钛酸锶钡前躯体溶胶滴在Si02/Si基底上，用台式匀胶机匀胶，使溶胶均匀地涂覆在基底上，然后在热板上干燥；
[0040](六)将步骤(五)干燥后的薄膜于550~750°C进行热处理；
[0041](七)重复步骤步骤(四)、(五)，制备厚度为300nm的多层薄膜；
[0042](八)将步骤(七)制备的多层薄膜再于550~750°C后处理0.5~2h，得到钛酸锶钡介质薄膜。
[0043]本发明具体实施例的主要工艺参数详见表1。
[0044]表1
[0045]