專利名稱：一種鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能介電薄膜的制備方法，屬于鐵電薄膜材料領(lǐng)域和電子元器件的制備領(lǐng)域，具體涉及一種采用溶膠凝膠法制備鈦酸鍶鉛薄膜的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鍶鉛(PST)鐵電材料具有高的介電常數(shù)、低的介電損耗、大的調(diào)諧率、快的響應速度、其居里溫度隨HVSr的可調(diào)等特點，從而被認為是微波可調(diào)器件及動態(tài)隨機存儲器件的理想材料。美國賓州大學的Cross (參見^shitaka Somiya, Amar S. Bhalla, L, Erie Cross, International Journal of Inorganic Materials 3 (2001) 709—714)等人對鈦酸鍶鉛(PST)陶瓷材料進行了研究，發(fā)現(xiàn)PST在具有較高可調(diào)性(70%)和相當?shù)偷慕殡姄p耗(低于0.1%)。這吸引了眾多研究者的注意力。
jyh-liangwang等用脈沖激光沉積方法制備了 PST薄膜，但其調(diào)諧量都低于45% (參見 Applied Physics Α-materials Science & Processing.雜志，2008 年，第 90 卷，第 129頁)Jing Yang等用磁控濺射制備了 Pb/Sr為5:5的PST薄膜，調(diào)諧量約50%，介電損耗也較高(參見Appl. Phys. Lett.雜志，2007年，第90卷，第對四08頁)；由于上述兩種真空制備PST薄膜的方法都需要高溫燒結(jié)PST陶瓷靶材，這不可避免的會引起1 的揮發(fā)， 產(chǎn)生環(huán)境污染。所以只用低溫制備薄膜的溶膠凝膠制備方法是該薄膜制備的一個重要途徑。Wanhai Chen等用溶膠凝膠方法制備了 I^bO. 3SrO. 7Τ 03薄膜，其調(diào)諧量接近60%，損耗在 0.03 附近(參見 J. Electroceram.雜志，2008 年，第 21 卷，第 664 頁)。Lili Chen 等用溶膠凝膠方法制備的PST調(diào)諧量為51. 2%，但介電損耗非常之高，在0. 1以上(參見Thin Solid Films.雜志，2008年，第516卷，第1285頁)。印度人K. C. Verma等用溶膠凝膠方法制備性能優(yōu)異的PST薄膜，調(diào)諧量達66%，損耗也低于0. 01。但該方法合成制備溫度較高 (120°C)時間也很長(保溫12小時)，并且溶膠溶液中用到了二甲苯，對中樞神經(jīng)、眼睛和呼吸道都有嚴重的毒害作用(參見Mater. Chem. Phys.雜志，2009年，第114卷，第576頁)。 可見，一方面目前制備的PST薄膜的介電調(diào)諧性能還遠差于陶瓷的性能，另一方面PST薄膜的制備過程在環(huán)保方面也有待改善。另外，在PST的溶膠凝膠實際制備過程中，如何低溫合成制備無雜相，存放時間長，甩膠均勻性好的溶膠，以及制備出來的薄膜具有好的介電調(diào)諧性能仍是有待進一步解決的方面。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種合成制備溫度低、成膜性好，調(diào)諧量高的鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛(Pba3Sra7TiO3)薄膜的溶膠凝膠制備方法，配制鈦酸鍶鉛前驅(qū)體溶膠，在Pt/Ti/Si02/Si基片上用旋涂法沉積制備鈦酸鍶鉛薄膜。
鈦酸鍶鉛前驅(qū)體溶膠制備步驟如下1)用去離子水和冰醋酸作為溶劑，體積比為廣5 8 15，加熱溶解醋酸鍶、三水醋酸鉛，得到A溶液；2)把鈦酸四丁酯溶入乙二醇甲醚中，攪拌混合均勻，得到B溶液；3)將B溶液混合到A溶液中，再依次加入乙酰丙酮、甲酰胺和丙三醇，加熱攪拌0.5 3小時，得到化學式為Pba3Sra7TiO3的鈦酸鍶鉛前驅(qū)體溶膠。
乙酰丙酮、甲酰胺和丙三醇的體積比為2 4 1.4 2. 2 1.5 2.1。
在Pt/Ti/Si02/Si基片上用旋涂法沉積制備鈦酸鍶鉛薄膜的步驟是將配制的先驅(qū)體溶膠陳化廣2周，在Pt/Ti/Si02/Si基片上旋涂制備薄膜，隨后將涂好的薄膜進行退火處理，重復“旋涂-退火”過程數(shù)次，獲得所需厚度的鈦酸鍶鉛薄膜。
旋涂制備薄膜時轉(zhuǎn)速為3500 4500轉(zhuǎn)/min，時間為20 30秒。
退火處理時的溫度600°C 750°C，時間0. 2h 2h。
本發(fā)明提供的高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法，解決了溶膠長時間放置易固化和出現(xiàn)雜相的問題，通過加入螯合劑乙酰丙酮有效抑制了溶膠的水解，通過甲酰胺的加入有效穩(wěn)定了物相，丙三醇的加入促進了成膜；該方法使用常規(guī)化學試劑制備溶膠溫度低、時間短，配制效率高，長時間放置不會出現(xiàn)固化現(xiàn)象，制備出來的薄膜具有優(yōu)異的介電調(diào)諧性能。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為通過本發(fā)明提供的方法制備并存放3個月的鈦酸鍶鉛溶膠。
圖2為鈦酸鍶鉛Pba3Sra7TiO3在750°C焙燒的粉末的XRD譜。
圖3為1 MHz時，Pba3Sra7TiO3薄膜的介電調(diào)諧譜。
具體實施方式
實施例1 無雜項鈦酸鍶鉛Pba 3Sr0.7Ti03的溶膠配制將 7. 5Ig 的醋酸鍶[Sr (CH3COO) 2]和 5. 97g 的三水醋酸鉛[Pb (CH3COO) 2 · 3H20] 溶入去離子水和冰醋酸的混合溶液，得到A溶液；然后將17. 5g的鈦酸四丁酯溶入乙二醇甲醚中，攪拌混合均勻，得到B溶液；將B溶液倒入A溶液中，再依次加入體積比為 2^4 1.Γ2.2 1.5 2.1的乙酰丙酮、甲酰胺和丙三醇，攪拌均勻，加熱到90°C恒定保溫 1小時，過濾獲得澄清透明的前驅(qū)體溶膠。如圖1為存放3個月的鈦酸鍶鉛溶膠，仍然澄清透明。
倒入少量鈦酸鍶鉛H3a3Sra7TiO3的溶膠到干鍋中，在750°C煅燒1小時，獲得白色粉末。用XRD對該粉末做物相測試，如圖2所示，為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，無明顯雜相。
實施例2 鈦酸鍶鉛H3a3Sra7TiO3的薄膜制備及其介電調(diào)諧性能將配制的H3a3Sra7TiO3先驅(qū)體溶膠陳化廣2周后，在Pt/Ti/Si02/Si基片上旋涂制備薄膜，轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/min，時間為25秒；隨后將涂好的薄膜在700°C溫度退火處理0. 5h ； 重復“旋涂-退火”過程數(shù)次，獲得所需厚度的鈦酸鍶鉛薄膜。
用磁控濺射設(shè)備在Pt/Ti/Si02/Si基片上的H3a3Sra7TiO3薄膜上制備Au頂電極， 構(gòu)成平板電容，用Aginengt測試介電調(diào)諧性能。如圖3所示，該薄膜具有優(yōu)良的介電調(diào)諧性能調(diào)諧量為66. 4%，介電損耗為0. 029。
權(quán)利要求
1.一種高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛(Pba3Sra7TiO3)薄膜的溶膠凝膠制備方法，其特征在于配制鈦酸鍶鉛前驅(qū)體溶膠，在Pt/Ti/Si02/Si基片上用旋涂法沉積制備鈦酸鍶鉛薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法，其特征在于 鈦酸鍶鉛前驅(qū)體溶膠制備步驟如下1)用去離子水和冰醋酸作為溶劑，體積比為廣5 8 15，加熱溶解醋酸鍶、三水醋酸鉛，得到A溶液；2)把鈦酸四丁酯溶入乙二醇甲醚中，攪拌混合均勻，得到B溶液；3)將B溶液混合到A溶液中，再依次加入乙酰丙酮、甲酰胺和丙三醇，加熱攪拌0.5 3小時，得到化學式為Pba3Sra7TiO3的鈦酸鍶鉛前驅(qū)體溶膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法，其特征在于 乙酰丙酮、甲酰胺和丙三醇的體積比為2 4 1.4 2. 2 1.5 2.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法，其特征在于 在Pt/Ti/Si02/Si基片上用旋涂法沉積制備鈦酸鍶鉛薄膜的步驟是將配制的先驅(qū)體溶膠陳化廣2周，在Pt/Ti/Si02/Si基片上旋涂制備薄膜，隨后將涂好的薄膜進行退火處理，重復“旋涂-退火”過程數(shù)次，獲得所需厚度的鈦酸鍶鉛薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法，其特征在于 旋涂制備薄膜時轉(zhuǎn)速為3500 4500轉(zhuǎn)/min，時間為20 30秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法，其特征在于 退火處理時的溫度600°C 750°C，時間0. 2h 2h。
全文摘要
一種高調(diào)諧性鈦酸鍶鉛薄膜的溶膠凝膠制備方法，以鈦酸四丁酯，三水醋酸鉛，醋酸鍶為原料，乙二醇甲醚和醋酸為溶劑，制備出鈦酸鍶鉛溶膠先驅(qū)體。采用旋涂法在基片上制備薄膜并退火處理,重復數(shù)次獲得的鈦酸鍶鉛鐵電薄膜。本發(fā)明制備的鈦酸鍶鉛薄膜致密、粒度均勻、質(zhì)量較好、沒有不明第二相，并且得到的鈦酸鍶鉛薄膜具有較高的可調(diào)性，整套工藝簡單，周期相對較短，節(jié)約了時間和成本，為制備高性能的鈦酸鍶鉛薄膜提供了新方法，具有良好的市場應用前景。
文檔編號C04B35/622GK102514260SQ20111039551
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月3日
發(fā)明者侯爽, 周生剛, 孫小華, 李修能, 羅志猛 申請人:三峽大學