一種微波鐵電復合薄膜電容器及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種微波鐵電復合薄膜電容器，其是以單晶基片為襯底、以1-3型微波鐵電復合薄膜為介電層、以Pt、Au、Ag、Al、Cu、SrRuO或La0.5Sr0.5CoO3為電極的叉指結構的電容器。本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的介電層（摻雜低介電常數材料的BST復合薄膜）具有典型的1-3型復合結構，與普通以外延BST薄膜為介電層的電容器相比，具有明顯更高的調諧率和更低的介電損耗。本發明同時公開了所述電容器的制備方法，其是采用磁控和脈沖激光共沉積的方法，在特定的條件及特定的基片上沉積制備得到1-3型復合薄膜，然后通過采用光刻工藝和磁控設備構建得到叉指結構的電容器，采用本發明的方法所制備的電容器具有更高的調諧率和更低的介電損耗。
【專利說明】—種微波鐵電復合薄膜電容器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鐵電薄膜器件的制備，具體的說是一種微波鐵電復合薄膜電容器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]移相器是能夠對波的相位進行調整的裝置，是一種微波器件。用于相控陣雷達的微波移相器，是相控陣雷達系統中較為關鍵的元器件，其應當具備開關速度高、插入損耗低、功率容量高、溫度穩定性好、互易性好、抗輻射能力強、驅動功率低、尺寸小重量輕等特點。但是，目前用于制備移相器的材料主要有兩類:一類是PIN 二極管型移相器，其基本原理是利用PIN 二極管在正反偏時兩種狀態，使傳輸段接通或者斷開來實現電磁波信號移相功能。PIN 二極管型移相器在制備外形尺寸和切換速度上有很大的優勢，但是卻存在微波功率小、插入損耗大等缺點。另一類是鐵氧體移相器，它的基本原理是通過外加磁場改變波導內鐵氧體的磁導率，從而改變電磁波的相速，最后得到不同的相移量來實現移相功能。鐵氧體移相器具有插入損耗低、微波功率大、移相度大等優點，但同時有存在結構復雜、體積大且笨重、功耗大、響應速度慢等缺點，一方面不適用現代電子整機“小、輕、薄、精”的發展趨勢，另一方面，這類材料主要依靠國外進口，微波器件的生產和研發受到材料供應方的嚴重制約。
[0003]因此，迫切需要一種滿足現代要求、性能好、使整機小型化的電子材料。在這一問題上，鐵電薄膜材料因具有良好的鐵電性、高介電性、壓電性、熱釋電性及非線性光學特性等等，成為了目前微波器件材料研究的重點和熱點。關于鐵電薄膜在微波器件上的應用，目前的研究主要集中在 BaT13 (BT)、(Ba，Sr) T13 (BST), Pb (Zr, Ti) O3 (PZT)、(Pb，La) T13(PLT)、(Pb，La) (Zr, Ti) O3 (PLZT)、Ba (Zr，Ti) O3 (BZT)等上。
[0004]在以上諸多種類的鐵電薄膜材料中，鈦酸鍶鋇(BaxSivxT13,簡稱BST)在可調微波器件(如微波鐵電移相器)的研制中具有巨大的應用潛力。BST是鈦酸鋇與鈦酸鍶的固溶體，并且鈦酸鋇與鈦酸鍶能夠完全相混相溶。BST材料具有優異的性質，如擁有高的介電常數、低的介電損耗、高的介電調制度、大的熱電常熟和很小的漏電流等，其最為顯著的特點就是其居里溫度可以通過調節材料中的Ba/Sr成分比實現在10(Γ400Κ范圍內的有效控制，以滿足各種各樣應用的需要。應用BST薄膜介電常數隨電壓變化的特點可以制備電壓可調的微波器件，如移相器、變容器、振蕩器、相控陣雷達及可調性濾波器等，特別是適合于制備寬波段、可調的微波器件，其已經成為人們在微波器件研究領域的重點對象。但是，研究同時發現，BST薄膜在微波頻率下具有較大的介電損耗以及較低的調諧率，這就限制了 BST薄膜在微波器件方面的應用。
[0005]為解決這一問題，研究者嘗試并證明了摻雜可以有效改善BST薄膜的結構和性能，并且已知當向BST薄膜中摻入低介電常數氧化物時，可以有效抑制薄膜內部缺陷，降低BST薄膜的介電損耗及漏電流密度。而且，通過改變BST薄膜中雜質的摻雜量，對應的復合薄膜可以被應用到不同共振頻率的微波器件中。另外，已知低介電常數氧化物與BST的復合薄膜有三種結構類型:0-3、2-2、1-3型。在這三種結構類型的復合薄膜中，雖然目前理論上已經預言了 1-3型低介電常數氧化物與BST的復合薄膜具有更好微波性能，然而就現有技術而言，1-3型BST復合薄膜的制備，尤其是可以改變棒直徑的1-3型復合薄膜的制備，仍然是擺在研究者面前的一道難題，進而也限制了 1-3型復合薄膜在微波器件中的應用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的之一是提供一種微波鐵電復合薄膜電容器，以解決現有使用BST薄膜制成的電容器調諧率低、介電損耗高的問題。
[0007]本發明的目的之二是提供一種微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，以解決采用現有方法無法制備出調諧率高、介電損耗低的微波鐵電復合薄膜電容器的問題。
[0008]本發明的第一個目的是按如下的技術方案實現的:
一種微波鐵電復合薄膜電容器，所述電容器是以單晶基片為襯底、以微波鐵電復合薄膜為介電層、以Pt、Au、Ag、Al、Cu、SrRuO或Laa5Srtl 5CoO3為電極的叉指結構的電容器；
所述單晶基片為MgO單晶基片、LaAlO3單晶基片、Al2O3單晶基片、Si單晶基片或SrT13單晶基片;
所述微波鐵電復合薄膜是在鈦酸鍶鋇中摻雜有MgO的1-3型復合薄膜，其厚度為10(T2000nm ;所述MgO在所述鈦酸鍶鋇中的摻雜體積比為1:: 160 ；
所述鈦酸鍶鋇的Ba/Sr比為0.1: 0.9?0.9: 0.1。
[0009]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器，所述鈦酸鍶鋇的Ba/Sr比為0.6: 0.4。
[0010]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器，所述MgO在所述鈦酸鍶鋇中的摻雜體積比為 I: 40?1: 110。
[0011]優選的，所述MgO在所述鈦酸鍶鋇中的摻雜體積比為1: 60。
[0012]優選的，本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器，所述微波鐵電復合薄膜的厚度為 20(Tl200nm ;更優選為 800nm。
[0013]優選的，所述單晶基片為MgO(10)單晶基片或LaAlO3(100)單晶基片。
[0014]本發明的第二個目的是按如下的技術方案實現的:
一種微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，其包括以下步驟:
a、將A靶材和B靶材分別隨機安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的磁控靶位和激光靶位；將襯底進行清洗處理，然后粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上；
其中，所述B靶材為Ba/Sr比0.1: 0.9^0.9: 0.1的高純鈦酸鍶鋇靶材；所述A靶材為聞純MgO祀材；所述襯底為MgO單晶基片、LaAlO3單晶基片、Al2O3單晶基片、Si單晶基片或SrT13單晶基片；
b、將真空室的背底真空度調至(0.0flOO) X10_4Pa，然后調整磁控靶間距為flOcm、激光靶間距為f 10cm，然后通入流量為5?100sCCm的氬氣/氧氣混合氣體，然后設定濺射條件，在所述襯底上生長得到1-3型結構的復合薄膜；所述復合薄膜的生長厚度控制在10(T2000nm ；
所述氬氣/氧氣混合氣體中氬氣:氧氣的體積比為1: 3?3:1;
所述濺射條件為:磁控濺射功率為0.r10w，脈沖激光濺射功率為0.rsw，脈沖激光頻率為0.1?10Hz，濺射氣壓為I?lOOPa，生長溫度為50(Tl000°C ；
在所述濺射條件下生長復合薄膜的過程中，所述MgO在所述鈦酸鍶鋇中的摻雜體積比控制在1:1?1: 160 ；
C、在所得1-3型結構的復合薄膜上，首先利用光刻工藝制作叉指圖案，然后在所述叉指圖案上生長Pt、Au、Ag、Al、Cu、SrRuO或Laa5Sra5CoO3電極，最后剝離圖案，構建得到叉指結構的電容器。
[0015]優選的，本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，步驟b中，在所述濺射條件下生長復合薄膜的過程中，所述MgO在所述鈦酸鍶鋇中的摻雜體積比控制在1:40?1: 110，更優選為1: 60。
[0016]優選的，本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，步驟b中，所述復合薄膜的生長厚度控制在20(Tl200nm，更優選為800nm。
[0017]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，步驟b所述生長溫度優選為900。。。
[0018]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，步驟b所述真空度為2 X 1-4Pa,所述磁控靶間距為6.5cm,所述激光靶間距為5cm，所述氬氣/氧氣混合氣體的流量為 10sccm ；
所述氬氣/氧氣混合氣體中氬氣:氧氣的體積比為3:1;
所述濺射條件具體為:磁控濺射功率4(T80W，脈沖激光濺射功率0.7W，脈沖激光頻率3Hz，濺射氣壓保持在5Pa，生長溫度為900°C。
[0019]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，步驟a所述鈦酸鍶鋇靶材的Ba/Sr 比為 0.6: 0.4。
[0020]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，步驟a中，優選將A靶材安裝在磁控靶位，將B靶材安裝在激光靶位。
[0021]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，步驟a所述襯底優選為MgO(10)單晶基片或LaAlO3(10)單晶基片。
[0022]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，步驟a所述襯底的厚度為
0.1?2mm,優選為 0.5mm。
[0023]本發明中所述的A靶材(即所述高純MgO靶材)、所述B靶材(即所述高純鈦酸鍶鋇靶材)為純度> 99.95%的靶材。
[0024]本發明所述的微波鐵電復合薄膜電容器的介電層(摻雜低介電常數材料的BST復合薄膜)具有典型的1-3型復合結構，與普通以外延BST薄膜為介電層的電容器相比，具有明顯更高的調諧率和更低的介電損耗。本發明方法所制備的微波鐵電復合薄膜電容器，首先采用磁控和脈沖激光共沉積的方法并在特定的條件、特定的基片上下生長得到1-3型結構的低介電常數化合物與BST復合薄膜材料，然后借助光刻工藝和磁控濺射技術構建了叉指結構的電容器，采用本發明的方法所制備的電容器具有更高的調諧率和更低的介電損耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是實施例1所制備的1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器的XRD圖。
[0026]圖2是對比例I所制備的外延BST薄膜叉指電容器的XRD圖。
[0027]圖3是實施例1所制備的1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器的介電層(MgO: BST復合薄膜)的TEM圖。
[0028]圖4是實施例1與對比例I所制備的叉指電容器的C-V及D-V特性曲線對比圖。
[0029]圖4中，(a)表示對比例I所制備的叉指電容器的C_V及D-V特性曲線，(b)表示實施例1所制備的叉指電容器的C-V及D-V特性曲線。
[0030]圖5是實施例2和實施例3所制備兩種不同摻雜比叉指電容器的C-V特性曲線圖。
[0031]圖6是實施例4所制備的LaAlO3 (100)基叉指電容器的C-V特性曲線圖。
[0032]圖7是實施例5所制備的變徑1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器的C-V特性曲線圖。
[0033]圖8是實施例6所制備的平行板電容器的介電層(0-3型MgO: BST復合薄膜)的XRD 圖。
[0034]圖9是實施例6所制備的平行板電容器的C-V特性曲線圖。
【具體實施方式】
[0035]為了更好地理解本發明，下面通過幾個具體實施例對本發明做進一步說明，但不意味著對本發明的
【發明內容】
的任何限制。
[0036]實施例1 1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器的制備
a、靶材準備及襯底清洗:將A靶材和B靶材分別安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置的磁控靶位和激光靶位；將襯底進行清洗處理:按常規清洗操作方法，先將襯底依次在丙酮和無水乙醇中分別用超聲波清洗5分鐘，然后用高純氮氣將其吹干，以保證襯底的潔凈，然后將清洗好的襯底粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上；本步中，選用高純MgO (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為A靶材，選用高純Baa6Sra4T13 (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為B靶材；選用
0.5mm厚的MgO(10)單晶基片作為襯底。
[0037]b、生長MgO: BST復合薄膜:將真空室的背底真空度設為2 X 10_4Pa，然后調整磁控革El間距為6.5cm,激光祀間距為5cm,然后通入流量為10sccm的気氣和氧氣的混合氣體，然后設定濺射條件，在MgO (100)單晶基片上生長MgO: BST復合薄膜；
本步中，気氣流量為75sccm,氧氣的流量為25sccm ；
本步中，具體的濺射條件為:磁控濺射功率為60W，脈沖激光濺射功率為0.7W，脈沖激光頻率為3Hz ;共濺射過程中真空室內濺射氣壓為5Pa，生長溫度為900°C ；
按上述的濺射條件共濺射lh，即可在MgO(10)單晶基片上生長得到厚度為SOOnm的、MgO在BST中摻雜體積比為1:60的、1-3型結構的MgO: BST復合薄膜。
[0038]C、制備1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器:在所得MgO: BST復合薄膜上，首先利用光刻工藝制作叉指圖案，然后借助磁控濺射裝置生長Pt電極，最后剝離圖案，從而構建得到以Pt為電極、以MgO: BST復合薄膜為介電層、以MgO(10)單晶基片為襯底的1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器。
[0039]對比例I外延BST薄膜叉指電容器的制備 a、靶材準備及襯底清洗:將高純Baa6Sra4T13 (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置的激光靶位；將襯底進行清洗處理:選用0.5mm厚的MgO(10)單晶基片作為襯底，按常規清洗操作方法，先將襯底依次在丙酮和無水乙醇中分別用超聲波清洗5分鐘，然后用高純氮氣將其吹干，以保證襯底的潔凈，然后將清洗好的襯底粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上。
[0040]b、生長外延BST薄膜:將真空室的背底真空度設為2X10_4Pa，然后調整激光靶間距為5cm,然后通入流量為10sccm的気氣和氧氣的混合氣體,然后設定派射條件,在MgO(10)單晶基片上生長MgO: BST復合薄膜；
本步中，気氣流量為75sccm,氧氣的流量為25sccm ；
本步中，具體的濺射條件為:脈沖激光濺射功率為0.7W，脈沖激光頻率為3Hz，濺射氣壓為5Pa，生長溫度為900°C ；
按上述的濺射條件濺射61min，即可在MgO(10)單晶基片上生長得到厚度為SOOnm的外延BST薄膜。
[0041]C、制備外延BST薄膜叉指電容器:在所得外延BST薄膜上，首先利用光刻工藝制作叉指圖案，然后借助磁控濺射裝置生長Pt電極，最后剝離圖案，從而構建得到以Pt為電極、以外延BST薄膜為介電層、以MgO(10)單晶基片為襯底的外延BST薄膜叉指電容器。
[0042]對實施例1所制備的1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器進行X射線衍射(XRD)分析，結果如圖1所示；另外，對實施例1所制備的MgO: BST=I: 60復合薄膜進行透射電鏡(TEM)掃描，結果如圖3所示。
[0043]對對比例I所制備的外延BST薄膜叉指電容器進行XRD分析，結果如圖2所示。
[0044]由圖1和圖3可以看出，1-3型MgO: BST復合薄膜中的MgO與BST均為外延生長，且MgO納米棒粗細均勻，直徑約為2 nm。
[0045]由圖2可以看出，對比例I所制備的BST薄膜為外延生長，為外延BST薄膜。
[0046]圖4給出了實施例1和對比例I所制備的叉指電容器的C-V特性曲線和D-V特性曲線，由圖中可以看出，外延BST薄膜叉指電容器調諧率僅為30 %，介電損耗卻高達0.022，而1-3型MgO: BST復合薄膜叉指電容器調諧率高達40%，介電損耗僅為0.008。這一結果充分證明了本發明的方法所制備的1-3型MgO:BST復合薄膜叉指電容器具有很強微觀結構特點及功能特性。
[0047]實施例2 1-3型MgO: BST=I: 110復合薄膜叉指電容器的制備
a、靶材準備及襯底清洗:將A靶材和B靶材分別安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置的磁控靶位和激光靶位；將襯底進行清洗處理:按常規清洗操作方法，先將襯底依次在丙酮和無水乙醇中分別用超聲波清洗5分鐘，然后用高純氮氣將其吹干，以保證襯底的潔凈，然后將清洗好的襯底粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上；本步中，選用高純MgO (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為A靶材，選用高純Baa6Sra4T13 (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為B靶材；選用
0.5mm厚的MgO(10)單晶基片作為襯底。
[0048]b、生長摻雜體積比為MgO: BST=1: 110復合薄膜:將真空室的背底真空度設為2 X 1-4Pa,然后調整磁控靶間距為6.5cm,激光靶間距為5cm，然后通入流量為lOOsccm的氬氣和氧氣的混合氣體，然后設定濺射條件，在MgO(10)單晶基片上生長MgO: BST復合薄膜；
本步中，気氣流量為75sccm,氧氣的流量為25sccm ；
本步中，具體的濺射條件為:磁控濺射功率為40W，脈沖激光濺射功率為0.7W，脈沖激光頻率為3Hz ;共濺射過程中真空室內濺射氣壓為5Pa，生長溫度為900°C ；
按上述的濺射條件共濺射lh，即可在MgO(10)單晶基片上生長得到厚度為SOOnm的、MgO在BST中的摻雜體積比為1:110的、1-3型結構的MgO: BST復合薄膜。
[0049]C、制備1-3型MgO: BST=I: 110復合薄膜叉指電容器:在所得MgO: BST復合薄膜上，首先利用光刻工藝制作叉指圖案，然后借助磁控濺射裝置生長Pt電極，最后剝離圖案，從而構建得到以Pt為電極、以MgO: BST復合薄膜為介電層、以MgO(10)單晶基片為襯底的1-3型MgO: BST=I: 110復合薄膜叉指電容器。
[0050]實施例3 1-3型MgO: BST=I: 40復合薄膜叉指電容器的制備
a、靶材準備及襯底清洗:將A靶材和B靶材分別安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置的磁控靶位和激光靶位；將襯底進行清洗處理:按常規清洗操作方法，先將襯底依次在丙酮和無水乙醇中分別用超聲波清洗5分鐘，然后用高純氮氣將其吹干，以保證襯底的潔凈，然后將清洗好的襯底粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上；本步中，選用高純MgO (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為A靶材，選用高純Baa6Sra4T13 (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為B靶材；選用
0.5mm厚的MgO(10)單晶基片作為襯底。
[0051]b、生長摻雜體積比為MgO: BST=1:40復合薄膜:將真空室的背底真空度設為2 X 1-4Pa,然后調整磁控靶間距為6.5cm,激光靶間距為5cm，然后通入流量為lOOsccm的氬氣和氧氣的混合氣體，然后設定濺射條件，在MgO(10)單晶基片上生長MgO: BST復合薄膜；
本步中，気氣流量為75sccm,氧氣的流量為25sccm ；
本步中，具體的濺射條件為:磁控濺射功率為80W，脈沖激光濺射功率為0.7W，脈沖激光頻率為3Hz ;共濺射過程中真空室內濺射氣壓為5Pa，生長溫度為900°C ；
按上述的濺射條件共濺射lh，即可在MgO(10)單晶基片上生長得到厚度為SOOnm的、MgO在BST中的摻雜體積比為1:40的、1-3型結構的MgO: BST復合薄膜。
[0052]C、制備不同摻雜比MgO: BST復合薄膜叉指電容器:在所得MgO: BST復合薄膜上，首先利用光刻工藝制作叉指圖案，然后借助磁控濺射裝置生長Pt電極，最后剝離圖案，從而構建得到以Pt為電極、以MgO: BST復合薄膜為介電層、以MgO(10)單晶基片為襯底的1-3型MgO: BST復合薄膜叉指電容器。
[0053]由圖5給出了實施例2和實施例3所制備的叉指電容器的C-V特性曲線，由圖5可以看出，實施例2所制備的1-3型MgO: BST=I: 110復合薄膜叉指電容器的調諧率為34%，實施例3所制備的1-3型MgO: BST=I: 40復合薄膜叉指電容器的調諧率為13%。
[0054]實施例4 LaAlO3基1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器的制備
a、靶材準備及襯底清洗:將A靶材和B靶材分別安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置的磁控靶位和激光靶位；將襯底進行清洗處理:按常規清洗操作方法，先將襯底依次在丙酮和無水乙醇中分別用超聲波清洗5分鐘，然后用高純氮氣將其吹干，以保證襯底的潔凈，然后將清洗好的襯底粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上； 本步中，選用高純MgO (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為A靶材，選用高純Baa6Sra4T13 (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為B靶材；選用
0.5mm厚的LaAlO3 (100)單晶基片作為襯底。
[0055]b、生長MgO: BST復合薄膜:將真空室的背底真空度設為2 X 10_4Pa，然后調整磁控革El間距為6.5cm,激光祀間距為5cm,然后通入流量為10sccm的気氣和氧氣的混合氣體，然后設定濺射條件，在LaAlO3 (100)單晶基片上生長MgO: BST復合薄膜；
本步中，気氣流量為75sccm,氧氣的流量為25sccm ；
本步中，具體的濺射條件為:磁控濺射功率為60W，脈沖激光濺射功率為0.7W，脈沖激光頻率為3Hz ;共濺射過程中真空室內濺射氣壓為5Pa，生長溫度為900°C ；
按上述的濺射條件共濺射lh，即可在LaAlO3 (100)單晶基片上生長得到厚度為SOOnm的、MgO與BST的體積比為1:60的、1-3型結構的MgO: BST復合薄膜。
[0056]C、制備1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器:在所得MgO: BST復合薄膜上，首先利用光刻工藝制作叉指圖案，然后借助磁控濺射裝置生長Pt電極，最后剝離圖案，從而構建得到以Pt為電極、以MgO: BST復合薄膜為介電層、以LaAlO3 (100)單晶基片為襯底的1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器。
[0057]圖6是實施例4所制備的LaAlO3 (100)基叉指電容器的C-V特性曲線，由圖6可以看出，其調諧率為14%。
[0058]實施例5變徑1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器的制備
a、靶材準備及襯底清洗:將A靶材和B靶材分別安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置的磁控靶位和激光靶位；將襯底進行清洗處理:按常規清洗操作方法，先將襯底依次在丙酮和無水乙醇中分別用超聲波清洗5分鐘，然后用高純氮氣將其吹干，以保證襯底的潔凈，然后將清洗好的襯底粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上；本步中，選用高純MgO (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為A靶材，選用高純Baa6Sra4T13 (純度> 99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為B靶材；選用
0.5mm厚的MgO(10)單晶基片作為襯底。
[0059]b、生長MgO: BST復合薄膜:將真空室的背底真空度設為2 X 10_4Pa，然后調整磁控革El間距為6.5cm,激光祀間距為5cm,然后通入流量為10sccm的気氣和氧氣的混合氣體，然后設定濺射條件，在MgO (100)單晶基片上生長MgO: BST復合薄膜；
本步中，気氣流量為75 sccm,氧氣的流量為25sccm ；
本步中，具體的濺射條件為:磁控濺射分為三個階段，分別依次為:功率80W，濺射20min ;功率60W，濺射20min ;功率40W，濺射20min ;脈沖激光濺射功率0.7W,脈沖激光頻率3Hz，濺射時間Ih ;共濺射過程中真空室內濺射氣壓為5Pa，生長溫度為900°C ；
按上述的濺射條件進行共濺射，即可在MgO(10)單晶基片上生長得到厚度為SOOnm的、MgO與BST的體積比為1:60的、變徑1-3型結構的MgO: BST復合薄膜。
[0060]C、制備變徑1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器:在所得MgO: BST復合薄膜上，首先利用光刻工藝制作叉指圖案，然后借助磁控濺射裝置生長Pt電極，最后剝離圖案，從而構建得到以Pt為電極、以MgO: BST復合薄膜為介電層、以MgO(10)單晶基片為襯底的變徑1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器。
[0061]圖7給出了實施例5所制備的變徑1-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜叉指電容器的C-V特性曲線，由圖中可以看出，變徑1-3型MgO:BST復合薄膜叉指電容器調諧率為44% 0這一結果表明了通過實時控制MgO摻入量，可以改變MgO納米棒的直徑，可進一步優化復合薄膜的性能。
[0062]實施例6 0-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜平行板電容器的制備
a、靶材準備及襯底清洗:將A靶材和B靶材分別安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置的磁控靶位和激光靶位；將襯底進行清洗處理:按常規清洗操作方法，先將襯底依次在丙酮和無水乙醇中分別用超聲波清洗5分鐘，然后用高純氮氣將其吹干，以保證襯底的潔凈，然后將清洗好的襯底粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上；本步中，選用高純MgO(純度>99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為A靶材，選用高純Baa6Sra4T13 (純度>99.95%，北京泰科諾科技有限公司)靶材作為B靶材；選用0.5mm厚的 Pt(lll)/Ti02/Si02/Si(001)基片作為襯底。
[0063]b、生長MgO: BST復合薄膜:將真空室的背底真空度設為2 X 10_4 Pa，然后調整磁控革El間距為6.5cm,激光祀間距為5cm,然后通入流量為10sccm的気氣和氧氣的混合氣體，然后設定濺射條件，在Pt(lll)/Ti02/Si02/Si(001)基片上生長MgO: BST復合薄膜；
本步中，気氣流量為75 sccm,氧氣的流量為25sccm ；
本步中，具體的濺射條件為:磁控濺射功率為60W，脈沖激光濺射功率為0.7W，脈沖激光頻率為3Hz ;共濺射過程中真空室內濺射氣壓保持在5Pa，生長溫度為900°C ；
按上述的濺射條件共濺射lh，即可在Pt(lll)/Ti02/Si02/Si (001)基片上生長得到厚度為800nm的、MgO與BST的體積比為1:60的、0_3型結構的MgO: BST復合薄膜。
[0064]C、制備0-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜平行板電容器:在所得MgO: BST復合薄膜上，借助磁控濺射裝置生長Pt電極，從而構建得到以Pt為上電極、以MgO: BST復合薄膜為介電層、以Pt(lll)/Ti02/Si02/Si(001)基片的Pt (111)層為下電極的0-3型MgO:BST=I: 60復合薄膜平行板電容器。
[0065]對實施例3所制備的0-3型MgO: BST=I: 60復合薄膜平行板電容器的介電層，即MgO: BST復合薄膜進行XRD分析，結果如圖8所示。由圖8可以看出，其為0_3型復合薄膜，BST為多晶結構，MgO為單晶結構。
[0066]圖9給出了實施例6所制備的平行板電容器的C-V特性曲線，由圖中可以看出，該電容器的調諧率為27%。
【權利要求】
1.一種微波鐵電復合薄膜電容器，其特征是，所述電容器是以單晶基片為襯底、以微波鐵電復合薄膜為介電層、以Pt、Au、Ag、Al、Cu、SrRuO或Laa5Sra5Co03為電極的叉指結構的電容器； 所述單晶基片為MgO單晶基片、LaAlO3單晶基片、Al2O3單晶基片、Si單晶基片或SrT13單晶基片; 所述微波鐵電復合薄膜是在鈦酸鍶鋇中摻雜有MgO的1-3型復合薄膜，其厚度為10(T2000nm ;所述MgO在所述鈦酸鍶鋇中的摻雜體積比為1:: 160 ； 所述鈦酸鍶鋇的Ba/Sr比為0.1: 0.9?0.9: 0.1。
2.根據權利要求1所述的微波鐵電復合薄膜電容器，其特征是，所述鈦酸鍶鋇的Ba/Sr比為 0.6: 0.4。
3.根據權利要求1所述的微波鐵電復合薄膜電容器，其特征是，所述MgO在所述鈦酸鍶鋇中的摻雜體積比為1: 40?1: 110。
4.一種微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，其特征是，包括以下步驟: a、將A靶材和B靶材分別隨機安裝在磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的磁控靶位和激光靶位；將襯底進行清洗處理，然后粘在樣品托上，安放到磁控和脈沖激光共沉積裝置真空室的樣品臺上； 其中，所述B靶材為Ba/Sr比0.1: 0.9^0.9: 0.1的高純鈦酸鍶鋇靶材；所述A靶材為聞純MgO祀材；所述襯底為MgO單晶基片、LaAlO3單晶基片、Al2O3單晶基片、Si單晶基片或SrT13單晶基片； b、將真空室的背底真空度調至(0.0flOO) X10_4Pa，然后調整磁控靶間距為flOcm、激光靶間距為f 10cm，然后通入流量為5?100sCCm的氬氣/氧氣混合氣體，然后設定濺射條件，在所述襯底上生長得到1-3型結構的復合薄膜；所述復合薄膜的生長厚度控制在10(T2000nm ； 所述氬氣/氧氣混合氣體中氬氣:氧氣的體積比為1: 3?3:1; 所述濺射條件為:磁控濺射功率為0.r10w，脈沖激光濺射功率為0.rsw，脈沖激光頻率為0.1?10Hz，濺射氣壓為I?lOOPa，生長溫度為50(Tl000°C ； 在所述濺射條件下生長復合薄膜的過程中，所述MgO在所述鈦酸鍶鋇中的摻雜體積比控制在1:1?1: 160 ； C、在所得1-3型結構的復合薄膜上，首先利用光刻工藝制作叉指圖案，然后在所述叉指圖案上生長Pt、Au、Ag、Al、Cu、SrRuO或Laa5Sra5CoO3電極，最后剝離圖案，構建得到叉指結構的電容器。
5.根據權利要求4所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，其特征是，步驟b所述生長溫度為900°C。
6.根據權利要求4所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，其特征是，步驟b所述真空度為2X 10_4Pa，所述磁控靶間距為6.5cm，所述激光靶間距為5cm，所述氬氣/氧氣混合氣體的流量為lOOsccm ； 所述濺射條件具體為:磁控濺射功率4(T80W，脈沖激光濺射功率0.7W，脈沖激光頻率3Hz，濺射氣壓保持在5Pa，生長溫度為900°C。
7.根據權利要求4所述的微波鐵電復合薄膜電容器的制備方法，其特征是，步驟a所述 鈦酸鍶鋇靶材的Ba/Sr比為0.6: 0.4。
【文檔編號】C23C14/35GK104134542SQ201410358128
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】劉保亭, 王世杰, 閆小兵, 郭哲, 賈長江, 婁建忠 申請人:河北大學