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1、第27卷第9期半導體學報Vol.27No.92006年9月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSSep.,20063鈦酸鍶鋇薄膜微細圖形的制備1,?112張衛(wèi)華趙高揚李鶯趙衛(wèi)(1西安理工大學材料科學與工程學院,西安710048)(2中國科學院西安光學精密機械研究所,西安710068)摘要:采用化學修飾的溶膠凝膠工藝,制備了具有紫外光感應特性的鈦酸鍶鋇(Ba0.8Sr0.2TiO3)溶膠及其凝膠薄膜.提出了鈦酸鍶鋇薄膜微細加工的新方法,即以苯酰丙酮(BzAcH)為化學修飾劑,乙酸鋇、氯化鍶、鈦酸丁酯為原料,甲醇為溶劑,乳酸為催化劑
2、,合成了具有螯合物結構的前驅溶膠體系.其螯合物的特征吸收峰在358nm附近,該溶膠及其凝膠薄膜在室溫下有較好的化學穩(wěn)定性;高壓汞燈產生的紫外光照射可以分解薄膜中的螯合物結構,伴隨著這種螯合物結構的分解,薄膜在乙醇中的溶解性迅速降低,從而表現(xiàn)出紫外光感應特性.利用這種光感應特性,采用紫外光通過掩膜照射薄膜,然后在乙醇中溶洗,獲得了凝膠薄膜的微細圖形,進一步通過600℃晶化熱處理,最后得到了具有鈣鈦礦相結構和鐵電特性的鈦酸鍶鋇薄膜的微細圖形.關鍵詞:鈦酸鍶鋇;鐵電薄膜;微細圖形;溶膠凝膠PACC:7780;4270;8270G中圖分類號:TN10412文
3、獻標識碼:A文章編號:025324177(2006)0921590205酸丁酯(Ti(OC4H9)4)為原料,甲醇(MeOH)為溶1引言劑,乳酸為催化劑,苯酰丙酮(BzAcH)為化學修飾劑,按1∶30的摩爾比將乙酸鋇溶于甲醇中,在催化具有鈣鈦礦結構的鈦酸鍶鋇(Ba0.8Sr0.2TiO3,劑乳酸(CH3CH(OH)COOH,Kt)作用下,25℃恒BST)材料具有優(yōu)良的介電、熱釋電性能,在動態(tài)隨溫攪拌,直至完全溶解,得到溶液A;氯化鍶按1∶機存儲器和紅外探測器方面具有廣泛的應用前30的摩爾比溶于甲醇中攪拌直至完全溶解,得到溶[1]景.BST鐵電薄膜應用
4、于微電子器件,其中一個液B;將BzAcH溶于甲醇中,完全溶解后,再加入鈦關鍵的技術是對其進行微細加工以獲得微細圖形.酸丁酯,室溫下攪拌使其充分反應,得到溶液C.最目前,國內外已有采用離子束刻蝕、等離子刻蝕和反后按照化學計量比Ba2+∶Sr2+∶Ti4+=018∶012應離子刻蝕等技術獲得PZT,BST鐵電薄膜的微細∶1將上述A,B,C三種溶液混合、攪拌,得到澄清[2,3]圖形的研究報道,然而,這些微細加工方法成本穩(wěn)定的Ba0.8Sr0.2TiO3(BST)前驅溶膠.高、效率低.作者采用光感應性溶膠2凝膠(sol2gel)工藝在制備PZT,PLZT等鐵
5、電薄膜微細圖形方面2.2BST凝膠薄膜的光譜特性測試進行了研究.本文基于同樣的光感應微細加工原理,采用浸漬2提拉法,分別以石英基板、硅基板、利用Ti的金屬醇鹽易于和β2二酮類螯合物發(fā)生螯ITO玻璃基板為襯底制備凝膠薄膜.石英基板用于合反應,結合sol2gel工藝,實現(xiàn)了不同基板上感光凝膠薄膜的紫外光譜測試(普析通用TU21901),硅性BST凝膠薄膜的制備,利用紫外光譜、紅外光譜基板用于凝膠薄膜的紅外光譜測試(ShimadzuIR分析探討了薄膜的化學結構和感光機理,并借助圖Prestige221),ITO玻璃基板用于BST薄膜鐵電特形掩膜,通過紫外光
6、源照射制備得到了具有微細圖性測試和結構表征.形的BST薄膜,通過XRD衍射儀和鐵電分析儀測試了薄膜晶體結構和鐵電特性.2.3BST薄膜的微細圖形加工2實驗BST薄膜的微細圖形加工過程如圖1所示.紫外光(高壓汞燈光源)通過掩膜照射凝膠薄膜;隨后2.1感光性鈦酸鍶鋇(Ba0.8Sr0.2TiO3)溶膠的制備在有機溶劑中溶洗,未被紫外光照射的區(qū)域,薄膜完以乙酸鋇(Ba(CH3COO)2)、氯化鍶(SrCl2)、鈦全溶解,照射過的區(qū)域,薄膜保留完整,得到凝膠薄3國家重點基礎研究前期專項基金(批準號:2003CCA03300),國家自然科學基金(批準號:904
7、01009)和陜西省自然科學基金(批準號:2004E102)資助項目?通信作者.Email:zhwhxaut@xaut.edu.cn2006202217收到,2006204224定稿2006中國電子學會第9期張衛(wèi)華等:鈦酸鍶鋇薄膜微細圖形的制備1591膜的微細圖形.再經(jīng)熱處理得到具有特定微細圖形團構成.其中甲酰丙酮官能團通常在有機溶劑中存的鈣鈦礦相BST薄膜.在酮式結構和烯醇式結構兩種共振結構.在本實驗條件下,主要以烯醇式結構為主,其特征吸收峰約為3308nm,對應于其烯醇式結構中的π→π電子躍遷,為K吸收帶;248nm附近的吸收峰,對應于其結構[9
8、]中的苯環(huán)結構.圖2曲線b為將Ba(CH3COO)2,SrCl2溶液與BzAcH2MeOH溶液相混合后的紫外
