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1、第27卷第9期半导体学报Vol.27No.92006年9月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSSep.,20063钛酸锶钡薄膜微细图形的制备1,•112张卫华赵高扬李莺赵卫(1西安理工大学材料科学与工程学院,西安710048)(2中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710068)摘要:采用化学修饰的溶胶凝胶工艺,制备了具有紫外光感应特性的钛酸锶钡(Ba0.8Sr0.2TiO3)溶胶及其凝胶薄膜.提出了钛酸锶钡薄膜微细加工的新方法,即以苯酰丙酮(BzAcH)为化学修饰剂,乙酸钡、氯化锶、钛酸丁酯为原料,甲醇为溶剂,乳酸为催化剂
2、,合成了具有螯合物结构的前驱溶胶体系.其螯合物的特征吸收峰在358nm附近,该溶胶及其凝胶薄膜在室温下有较好的化学稳定性;高压汞灯产生的紫外光照射可以分解薄膜中的螯合物结构,伴随着这种螯合物结构的分解,薄膜在乙醇中的溶解性迅速降低,从而表现出紫外光感应特性.利用这种光感应特性,采用紫外光通过掩膜照射薄膜,然后在乙醇中溶洗,获得了凝胶薄膜的微细图形,进一步通过600℃晶化热处理,最后得到了具有钙钛矿相结构和铁电特性的钛酸锶钡薄膜的微细图形.关键词:钛酸锶钡;铁电薄膜;微细图形;溶胶凝胶PACC:7780;4270;8270G中图分类号:TN10412文
3、献标识码:A文章编号:025324177(2006)0921590205酸丁酯(Ti(OC4H9)4)为原料,甲醇(MeOH)为溶1引言剂,乳酸为催化剂,苯酰丙酮(BzAcH)为化学修饰剂,按1∶30的摩尔比将乙酸钡溶于甲醇中,在催化具有钙钛矿结构的钛酸锶钡(Ba0.8Sr0.2TiO3,剂乳酸(CH3CH(OH)COOH,Kt)作用下,25℃恒BST)材料具有优良的介电、热释电性能,在动态随温搅拌,直至完全溶解,得到溶液A;氯化锶按1∶机存储器和红外探测器方面具有广泛的应用前30的摩尔比溶于甲醇中搅拌直至完全溶解,得到溶[1]景.BST铁电薄膜应用
4、于微电子器件,其中一个液B;将BzAcH溶于甲醇中,完全溶解后,再加入钛关键的技术是对其进行微细加工以获得微细图形.酸丁酯,室温下搅拌使其充分反应,得到溶液C.最目前,国内外已有采用离子束刻蚀、等离子刻蚀和反后按照化学计量比Ba2+∶Sr2+∶Ti4+=018∶012应离子刻蚀等技术获得PZT,BST铁电薄膜的微细∶1将上述A,B,C三种溶液混合、搅拌,得到澄清[2,3]图形的研究报道,然而,这些微细加工方法成本稳定的Ba0.8Sr0.2TiO3(BST)前驱溶胶.高、效率低.作者采用光感应性溶胶2凝胶(sol2gel)工艺在制备PZT,PLZT等铁
5、电薄膜微细图形方面2.2BST凝胶薄膜的光谱特性测试进行了研究.本文基于同样的光感应微细加工原理,采用浸渍2提拉法,分别以石英基板、硅基板、利用Ti的金属醇盐易于和β2二酮类螯合物发生螯ITO玻璃基板为衬底制备凝胶薄膜.石英基板用于合反应,结合sol2gel工艺,实现了不同基板上感光凝胶薄膜的紫外光谱测试(普析通用TU21901),硅性BST凝胶薄膜的制备,利用紫外光谱、红外光谱基板用于凝胶薄膜的红外光谱测试(ShimadzuIR分析探讨了薄膜的化学结构和感光机理,并借助图Prestige221),ITO玻璃基板用于BST薄膜铁电特形掩膜,通过紫外光
6、源照射制备得到了具有微细图性测试和结构表征.形的BST薄膜,通过XRD衍射仪和铁电分析仪测试了薄膜晶体结构和铁电特性.2.3BST薄膜的微细图形加工2实验BST薄膜的微细图形加工过程如图1所示.紫外光(高压汞灯光源)通过掩膜照射凝胶薄膜;随后2.1感光性钛酸锶钡(Ba0.8Sr0.2TiO3)溶胶的制备在有机溶剂中溶洗,未被紫外光照射的区域,薄膜完以乙酸钡(Ba(CH3COO)2)、氯化锶(SrCl2)、钛全溶解,照射过的区域,薄膜保留完整,得到凝胶薄3国家重点基础研究前期专项基金(批准号:2003CCA03300),国家自然科学基金(批准号:904
7、01009)和陕西省自然科学基金(批准号:2004E102)资助项目•通信作者.Email:zhwhxaut@xaut.edu.cn2006202217收到,2006204224定稿2006中国电子学会第9期张卫华等:钛酸锶钡薄膜微细图形的制备1591膜的微细图形.再经热处理得到具有特定微细图形团构成.其中甲酰丙酮官能团通常在有机溶剂中存的钙钛矿相BST薄膜.在酮式结构和烯醇式结构两种共振结构.在本实验条件下,主要以烯醇式结构为主,其特征吸收峰约为3308nm,对应于其烯醇式结构中的π→π电子跃迁,为K吸收带;248nm附近的吸收峰,对应于其结构[9
8、]中的苯环结构.图2曲线b为将Ba(CH3COO)2,SrCl2溶液与BzAcH2MeOH溶液相混合后的紫外
