摘要: 钙钛矿型氧化物薄膜钴酸锶镧(La1.xSrxCoO3，LSCO)、铜酸钆(Gd2CuO4)作为铁电薄膜钛酸锶钡(BST)电容器与传感器等的过渡层已成为研究热点，广泛应用于微电子和光电子领域。本文采用溶胶-凝胶法制备LSCO、Gd2CuO4薄膜，研究了溶胶的工艺配比、原料组成... 展开 钙钛矿型氧化物薄膜钴酸锶镧(La1.xSrxCoO3，LSCO)、铜酸钆(Gd2CuO4)作为铁电薄膜钛酸锶钡(BST)电容器与传感器等的过渡层已成为研究热点，广泛应用于微电子和光电子领域。本文采用溶胶-凝胶法制备LSCO、Gd2CuO4薄膜，研究了溶胶的工艺配比、原料组成(La/Sr摩尔比)、热处理工艺等因素对过渡层薄膜性能的影响，并以LSCO、Gd2CuO4薄膜作为BST薄膜的过渡层，研究LSCO、Gd2CuO4薄膜对BST薄膜结构及介电性能的影响。 采用溶胶-凝胶法制备了La1-xSrxCoO3前驱体溶液，研究了Sr含量对LSCO薄膜性能的影响规律。随着Sr含量的增大，LSCO的电阻率呈现先减小后增大的趋势，当Sr掺量在0.5时LSCO的电阻率达到最小为2.5×10-2Ω·cm；进一步研究了溶胶配比对La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻率的影响，当H2O的用量为6mL，乙醇与乙酸体积比为4:1，乙酰丙酮用量为2mL时，La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻率最小为2.16×10-2Ω·cm；采用正交试验研究热处理工艺对La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻率的影响规律，当预处理温度为300℃，退火温度为750℃，时间为600s时得到的La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻率较小，为3.29×10-2Ω·cm；研究退火温度对La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻率的影响规律，得出最佳退火温度为750℃，此时得到的La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻率为2.3×10-2Ω·cm。采用XRD、SEM等手段进行测试，结果显示La0.5Sr0.5CoO3薄膜结晶良好，具有明显的钙钛矿结构，晶粒大小均匀，无裂纹空洞等。 采用溶胶-凝胶法制备了Gd2CuO4薄膜，研究了热处理工艺对Gd2CuO4薄膜电阻率的影响规律，当预处理温度为350℃，退火温度为750℃，处理时间为300s时Gd2CuO4薄膜电阻率值为3.1097Ω·cm；研究退火温度对Gd2CuO4薄膜电阻率的影响规律，得出最佳退火温度为750℃，此时得到的Gd2CuO4薄膜电阻率最小值为0.2990Ω·cm；沉积在Pt上的Gd2CuO4薄膜经750℃退火处理，在频率为1kHz时有最大介电常数14633，此时介质损耗为4.26。Gd2CuO4薄膜结晶良好，具有钙钛矿结构，薄膜表面致密，晶粒大小均匀，但略有裂纹等。 研究了Sr掺加量对Gd2CuO4薄膜介电性能的影响规律。随Sr2+掺入量的增加，薄膜的介电常数和介质损耗先增大后减小；掺入量为0.2时，薄膜的介电常数在频率为1kHz时值为211.94。其介质损耗与未掺加的Gd2CuO4薄膜相比有所下降。即掺入0.2的Sr2+，不仅提高了Gd2CuO4薄膜的介电常数，还降低了介质损耗。 研究了La掺加量对Gd2CuO4薄膜介电性能的影响规律。掺入La3+后薄膜的介电常数减小，且随着La3+掺入量增加，对薄膜介电常数的影响程度越来越小，当La3+掺量为0.4时，对薄膜的介电常数影响最小，当频率为1kHz时，介电常数为140.83。随着掺加量的增加，介质损耗先降低后升高，掺量为0.4时值最大，但与未掺加的Gd2CuO4薄膜相比，介质损耗有所下降。即掺入La3+后Gd2CuO4薄膜的介电常数和介质损耗都有所下降。 沉积在Pt电极上的Ba1-xSrxTiO3薄膜，在x=0.5时，Ba0.5Sr0.5TiO3具有最大的介电常数，最低的介质损耗。BST为钙钛矿结构，结晶良好，无空洞裂纹等缺陷。以La0.5Sr0.5CoO3薄膜为过渡层，分别在La0.5Sr0.5CoO3/SiO2/Si、La0.5Sr0.5CoO3/Pt/SiO2/Si、Pt/La0.5Sr0.5CoO3/SiO2/Si衬底上沉积了Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜，结果表明以LSCO/SiO2/Si为衬底、退火温度为750℃、测试频率为1kHz时BST薄膜具有较大的介电常数及较小的介质损耗，其值分别为92.13和0.66。以Gd2CuO4薄膜为过渡层，分别在Gd2CuO4/SiO2/Si、Gd2CuO4/Pt/SiO2/Si、Pt/Gd2CuO4/SiO2/Si衬底上沉积Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜，结果表明以Pt/GCO/SiO2/Si为衬底、退火温度为750℃、测试频率为1kHz时时BST薄膜具有较大的介电常数及最小的介质损耗，其值分别为120.64和0.09。 收起