專利名稱：控制mocvd淀積pzt的先驅(qū)體溶液配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬氧化物薄膜、金屬有機(jī)先驅(qū)體配制和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MentalloOrganic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，特別涉及鐵電存儲(chǔ)器、壓電類微米/納米器件用特定組分、厚度鎬鈦酸鉛(PZT)薄膜材料的MOCVD精確制備方法。

背景技術(shù)：
鎬鈦酸鉛(Pb(Zr1-xTix)O3，PZT)薄膜是一種用途廣泛同時(shí)具優(yōu)良鐵電、壓電特性的氧化薄膜材料。鐵電材料是指一類具有自發(fā)極化且其自發(fā)極化可隨外電場(chǎng)方向的改變而改變方向的介質(zhì)材料，壓電材料是指在某些晶體的特定方向加壓力時(shí)，相應(yīng)的表面上出現(xiàn)或正或負(fù)的電荷，且電荷密度與壓力的大小成正比。鐵電薄膜材料主要應(yīng)用于IC卡、具有微控制器的嵌入式存儲(chǔ)器、單存儲(chǔ)模塊和其它ASIC器件等領(lǐng)域。壓電薄膜材料用于微麥克風(fēng)、微型打印機(jī)噴頭，聲表面波器件等微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-Electronic Mechanical System，MEMS)。對(duì)于PZT薄膜即Pb(Zr1-xTix)O3中各組份的比例為Pb∶(Zr+Ti)∶O＝1∶1∶3，Zr∶Ti＝1-X∶X，其中，Ti中的X為PZT中Ti占Zr和Ti元素總量的摩爾百分?jǐn)?shù)，X的取值范圍為0.1＜X＜1.0，X的值不同，其壓電、鐵電特性均有不同，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的壓電、鐵電應(yīng)用目標(biāo)，對(duì)X的值進(jìn)行選擇應(yīng)用以獲得最好器件特性。
PZT薄膜的制備主要有溶膠-凝膠(Sol-Gel)法、濺射等方法。使用MOCVD制備PZT具有較易控制薄膜的化學(xué)組分、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和厚度，沉積溫度靈活可調(diào)，沉積速率高，薄膜致密無針孔，均勻性和臺(tái)階覆蓋性好的特點(diǎn)。國內(nèi)外已有專利涉及清洗鎬鈦酸鉛薄膜的方法(三星電子株式會(huì)社，申請(qǐng)?zhí)?9110200.2)、一種基于AlXGaN1-X/GaN異質(zhì)結(jié)的鐵電/半導(dǎo)體存貯器及其制法(南京大學(xué)，申請(qǐng)?zhí)?2113005.1)、利用MOCVD沉積金屬氧化物薄膜的方法(夏普株式會(huì)社，專利號(hào)ZL200310123290.0)、控制MOCVD淀積的PCMO組成的先驅(qū)物溶液和方法(夏普株式會(huì)社，申請(qǐng)?zhí)?00410030292.X)，上述專利的均圍繞或涉及鐵電、壓電用PZT的制備、清洗等，但目前是對(duì)于精確組分和厚度PZT的MOCVD制備技術(shù)尚沒有涉及。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是利用直接液體輸運(yùn)式化學(xué)氣象淀積(direct liquid injection metal organicchemical vapor deposition，DLI-MOCVD)提供一種配制精確、特定組分和厚度的鐵電、壓電用PZT先驅(qū)體溶液的方法。
本發(fā)明的特征在于，所述配置方法依次含有如下步驟 步驟(1)設(shè)定溶質(zhì)摩爾濃度為0.14mol/L，四氫呋喃為30ml，四-乙二醇二甲醚為4ml，Pb為27％，Zr為55％，Ti為18％，按下式計(jì)算Pb、Zr、Ti的單質(zhì)用量，制成總?cè)軇w積為0.034L的先驅(qū)體溶液 單質(zhì)用量＝單質(zhì)元素百分比×溶質(zhì)摩爾濃度×總?cè)軇w積×摩爾質(zhì)量 其中，相當(dāng)于單質(zhì)用量的三種單質(zhì)固態(tài)源分別為Pb(THD)2、Zr(THD)2以及Ti(O-iPr)2(THD)2，其摩爾質(zhì)量依次分別為572g/mol、452g/mol以及526g/mol，得到 Pb＝0.735g，Zr＝1.183g，Ti＝0.451g； 步驟(2)把步驟(1)所述三種單質(zhì)固態(tài)源先分溶于四氫呋喃溶劑，再加入適量的防止熱解的四-乙二醇二甲醚，配置成先驅(qū)體溶液； 步驟(3)在室溫下，把步驟(2)得到的先驅(qū)體溶液攪拌2～4小時(shí)，將固體溶質(zhì)充分溶解在四氫呋喃溶劑總，以便在特定襯底上制備120nm-150nm的PZT薄膜。
使用本發(fā)明配制的先驅(qū)體溶液，可獲得均勻致密的薄膜產(chǎn)品，均勻性大于95％，厚度為1500埃。

具體實(shí)施例方式 以制備Pb0.5(Zr0.4Ti0.6)0.5O3組分PZT薄膜的先驅(qū)體溶液為例，說明配制先驅(qū)體的方案。
配制先驅(qū)體溶液，需要考慮最終精確控制的鉛(Pb)、鎬(Zr)、鈦(Ti)三種元素的配比。最初確定的一定比例的Pb、Zr、Ti元素，需要進(jìn)行由固態(tài)到液態(tài)再到氣態(tài)再到固態(tài)的復(fù)雜狀態(tài)改變，另外由于Pb、Zr、Ti元素的分別不同的沉積速率，根據(jù)實(shí)際測(cè)算，在Pb、Zr、Ti三種元素中，Pb氧化物的沉積速率最快，Ti氧化物的沉積速率次之，Zr氧化物的沉積速率最慢。若在單晶Si上制備120納米(nm)至150納米(nm)的PZT薄膜，按照溶質(zhì)0.14莫爾/升(mol/L)的濃度，四氫呋喃(Tetrahydrofuran，THF)為30毫升(ml)，四-乙二醇二甲醚(Tetraethylene glycol dimethyl ether 99％，C10H22O5)4毫升(ml)，Pb為27％，Zr為55％，Ti為18％。
Pb、Zr、Ti的單質(zhì)用量計(jì)算公式為 單質(zhì)用量＝單質(zhì)元素百分比×溶質(zhì)摩爾濃度×總?cè)軇w積×摩爾質(zhì)量 具體Pb(THD)2、Zr(THD)、Ti(O-iPr)2(THD)2三種單質(zhì)固態(tài)源用量計(jì)算如下 Pb＝0.27×0.14×0.034L×572g/mol＝0.735(g)， Zr＝0.55×0.14×0.034L×452g/mol＝1.183(g)， Ti＝0.18×0.14×0.034L×526g/mol＝0.451(g)， 式中527、452、526，分別是Pb(THD)2、Zr(THD)、Ti(O-iPr)2(THD)2三種單質(zhì)固態(tài)源的摩爾質(zhì)量，即1莫爾元素的質(zhì)量，其單位為克/摩爾(g/mol)。
將Pb(THD)2、Zr(THD)、Ti(O-iPr)2(THD)2三種單質(zhì)固態(tài)源充分溶于四氫呋喃(THF，C4H8O)溶劑，并加入適量防熱解的四-乙二醇二甲醚(Tetraethylene glycol dimethyl ether 99％，C10H22O5)。在室溫下，將混合溶液攪拌2至4小時(shí)，使得固態(tài)源充分溶解在THF中，配置特定組分先驅(qū)體溶液結(jié)束。
權(quán)利要求
1.控制MOCVD淀積PZT的先驅(qū)體溶液配置方法，其特征在于，所述配置方法依次含有如下步驟
步驟(1)設(shè)定溶質(zhì)摩爾濃度為0.14mol/L，四氫呋喃為30ml，四-乙二醇二甲醚為4ml，Pb為27％，Zr為55％，Ti為18％，按下式計(jì)算Pb、Zr、Ti的單質(zhì)用量，制成的總?cè)軇w積為0.034L先驅(qū)體溶液
單質(zhì)用量＝單質(zhì)元素百分比×溶質(zhì)摩爾濃度×總?cè)軇w積×摩爾質(zhì)量，
其中，相當(dāng)于單質(zhì)用量的三種單質(zhì)固態(tài)源分別為Pb(THD)2、Zr(THD)2以及Ti(O-iPr)2(THD)2，其摩爾質(zhì)量依次分別為572g/mol、452g/mol以及526g/mol，得到
Pb＝0.735g，Zr＝1.183g，Ti＝0.451g；
步驟(2)把步驟(1)所述三種單質(zhì)固態(tài)源先分溶于四氫呋喃溶劑，再加入適量的防止熱解的四-乙二醇二甲醚，配置成先驅(qū)體溶液；
步驟(3)在室溫下，把步驟(2)得到的先驅(qū)體溶液攪拌2～4小時(shí)，將固體溶質(zhì)充分溶解在四氫呋喃溶劑中，以便在特定襯底上制備120nm-150nm的PZT薄膜。
全文摘要
控制MOCVD淀積PZT的先驅(qū)體溶液配置方法屬于PZT薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體特征在于，以溶質(zhì)摩爾濃度為0.14mol/L，四氫呋喃30ml，四-乙二醇二甲醚4ml，Pb為27％，Zr為55％，Ti為18％，制成總?cè)軇w積為0.034L的特定組分PZT的先驅(qū)體溶液。用此溶液制備的Pb0.5(Zr0.4Ti0.6)0.5O3組分PZT薄膜，襯底為1～8英寸，均勻性大于95％，厚度為1500埃。
文檔編號(hào)C23C16/40GK101250691SQ20081010381
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者勇 阮, 丹 謝, 任天令, 劉理天, 林惠旺 申請(qǐng)人:清華大學(xué)