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1、第27卷第9期半導(dǎo)體學(xué)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,西安710048)(2中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所,西安710068)摘要:采用化學(xué)修飾的溶膠凝膠工藝,制備了具有紫外光感應(yīng)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(xué)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(jié)構(gòu)的前驅(qū)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(xué)穩(wěn)定性;高壓汞燈產(chǎn)生的紫外光照射可以分解薄膜中的螯合物結(jié)構(gòu),伴隨著這種螯合物結(jié)構(gòu)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(yīng)特性.利用這種光感應(yīng)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(jié)構(gòu)和鐵電特性的鈦酸鍶鋇薄膜的微細圖形.關(guān)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(xué)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)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(guān)鍵的技術(shù)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(yīng),得到溶液C.最目前,國內(nèi)外已有采用離子束刻蝕、等離子刻蝕和反后按照化學(xué)計量比Ba2+∶Sr2+∶Ti4+=018∶012應(yīng)離子刻蝕等技術(shù)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(qū)溶膠.高、效率低.作者采用光感應(yīng)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(yīng)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(yīng),結(jié)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(xué)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chǔ)研究前期專項基金(批準號:2003CCA03300),國家自然科學(xué)基金(批準號:904
7、01009)和陜西省自然科學(xué)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(xué)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(gòu)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(jié)構(gòu)和烯醇式結(jié)構(gòu)兩種共振結(jié)構(gòu).在本實驗條件下,主要以烯醇式結(jié)構(gòu)為主,其特征吸收峰約為3308nm,對應(yīng)于其烯醇式結(jié)構(gòu)中的π→π電子躍遷,為K吸收帶;248nm附近的吸收峰,對應(yīng)于其結(jié)構(gòu)[9
8、]中的苯環(huán)結(jié)構(gòu).圖2曲線b為將Ba(CH3COO)2,SrCl2溶液與BzAcH2MeOH溶液相混合后的紫外
