介電薄膜熱處理工藝研究

侯 爽

（浙江省特種設備檢驗研究院，浙江杭州 310020）

介電薄膜熱處理工藝研究

侯 爽

（浙江省特種設備檢驗研究院，浙江杭州 310020）

介電材料是一類重要的電子信息功能材料，隨著電子元器件片式化、集成化的發展，介電材料納米薄膜化已成為必然趨勢。尤其是自20世紀80年代中期以來，由于薄膜制備技術的發展，在較低的襯底溫度下，沉積高質量底外延或擇優取向的介電薄膜成為可能，從而使介電薄膜工藝技術與半導體工藝技術的兼容成為可能。本次研究主要采用溶膠凝膠（Sol-gel）制備PbSrTiO3（PST）介電薄膜樣品，并對熱處理工藝做出了科學性研究。熱處理溫度過低，薄膜不能充分晶化；熱處理溫度過高，由于PST薄膜中易揮發元素的Pb存在，容易引起Pb的揮發，從而大大影響薄膜的介電性能。因此，確定熱處理溫度對于PST薄膜成膜質量以及介電性能來說至關重要。

熱處理工藝；PST；介電特性

1 薄膜樣品的制備

PST介電薄膜采用Sol-gel方法制備，溶膠凝膠法的的工藝原理是，以液體化學試劑配置成無機鹽或者金屬醇鹽的前驅體，前驅體在溶劑中形成成分穩定的溶液，再加入適當的凝固劑使鹽水解或者發生聚合反應生成均勻穩定的溶膠體系，經過旋涂法在指定的基片上鍍膜，將得到的薄膜放置于熱處理爐中，經過相應的一系列熱處理工藝，除去有機物即可得到相應的前驅體薄膜[1-3]。

2 結果與討論

為研究熱處理溫度對PST薄膜介電性能的影響，取5組PST薄膜分別在550、600、650、700和750℃下退火1h并分別命名為PST550、PST600、ST650、ST700和ST750。對于PST薄膜樣品，隨著退火溫度進一步增加，PST薄膜的XRD衍射峰如圖1所示，在退火溫度高于550℃時，5組樣品均具有鈣鈦礦的標準峰，是單一的鈣鈦礦結構。薄膜在650℃以上退火時應該是由于退火溫度過高，使得薄膜中Pb的揮發，以至于鈣鈦礦的衍射峰下降。

圖1 不同退火溫度的PST薄膜的XRD衍射譜圖

對5組PST薄膜樣品進行介電新能分析發現：①隨著外加電壓的增加，薄膜的電容呈現減小的趨勢，表現出一定的調諧性；②隨著熱處理溫度的增加，薄膜的c-v電容與c-f電容圖中表現的一致，最小的介電常數是PST650處為0.019 7。為了更方便地了解薄膜的介電調諧性能和薄膜的優值，對c-f和c-v數據收集處理到圖2中。

圖2 PST薄膜的調諧量、介電損耗和優值隨退火溫度變化圖

圖2中可以清楚的看出，隨著退火溫度的升高，薄膜的調諧量（Tu）先增加后減小，并在PST650處有最大值70.7%；介電損耗（Loss）呈現先減小后增加的趨勢，并在PST650處有最小值0.019 7；薄膜的優值（FOM）呈現先增加后減小的趨勢，并在PST650處有最大值35.9。

3 結論

對于PST中的Pb來說，Pb屬于易揮發的元素，因此在退火工藝確定時，退火溫度太低影響薄膜的晶化程度，太高Pb揮發嚴重，因此需要找到一個合適的溫度。本組試驗中性能最好的薄膜是PST650，具有最高的優值（FOM）35.9，最低的損耗（Loss）0.019 7和最高的調諧量（Tu）70.7%。

[1] 方俊鑫，殷之文.電介質物理學[M].科學出版社，北京：1989.

[2] 呂宇強，胡明，等.熱紅外探測器的最新進展[J].壓電與聲光，2006，28（4）：407-410.

[3] Patel，A.，N.Shorrocks，R.Whatmore，Physicochemical properties of SOL-GEL derived lead scandium tantalate Pb（Sc0.5Ta0.5）O3thin films[J].Ferroelectrics，1992.134（1）：343-348.

Study on Heat Treatment Process of Dielectric Thin Film

Hou Shuang

Dielectric material is a kind of important electronic information functional materials.With the development of electronic components and integration，nano thin film of dielectric material has become an inevitable trend.Especially since the middle of 1980s，due to the development of film preparation technology，in the low temperature deposition of dielectric films of high quality epitaxial bottom or preferred orientation as possible，so that the compatible dielectric thin film technology and semiconductor process technology become possible.In this study，PbSrTiO3（PST）-（）-dielectric thin film samples were prepared by sol gel（Sol-gel），and the heat treatment process was studied.Heat treatment temperature is too low，the film can not be fully crystallized；heat treatment temperature is too high，due to the presence of volatile elements in PST thin film Pb，easily lead to volatile Pb，which greatly affect the dielectric properties of the film[3].So it is very important to determine the temperature of heat treatment for the film quality and dielectric properties of PST thin films.

heat treatment process；PST；dielectric properties

TQ174

A

1003–6490（2016）10–0051–01

2016–10–06

侯爽（1988—），男，湖北襄陽人，助理工程師，主要研究方向為電薄膜熱處理工藝。