1-x
x
3
Способ получения сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO
1-X
X
3
METHOD OF OBTAINING SEGNETIC ELECTRIC FILM BaSrTiO

1-x
x
3
Изобретение относится к технологиям получения тонких пленок и может быть использовано для получения сегнетоэлектрических пленок BaSrTiO для сверхвысокочастотной техники.
1-x
x
3
Известен способ (Li Xiao, Kwang-Leong Choy, Ian Harrison. Co-doped ВST thin films for tunable microwave applications. - Surface and Coatings Technology Volume 205, Issues 8-9, 25 January 2011, Pages 2989-2993) получения сегнетоэлектрических пленок BaSrTiO с преимущественной ориентацией (110) на подложке сапфира путем химического осаждения из органического раствора ацетата бария, ацетата стронция и изопропоксида титана с различным содержанием Со. Известный способ позволяет добиться снижения диэлектрических потерь и токов утечки, однако легирование твердого раствора сегнетоэлектрика ионами Со является умышленным созданием дефектов кристаллической структуры, что приведет к ухудшению электрофизических характеристик сегнетоэлектрической пленки, таких как диэлектрическая проницаемость и зависимость свойств от напряженности электрического поля.
1-x
x
3
1-x
x
3
Известен также способ получения (Заявка № US 2005196917) сегнетоэлектрических пленок BaSrTiO с преимущественной ориентацией (111) на подложке сапфира путем химического газофазного осаждения в две стадии при разных температурах, причем вторая температура выше первой. Известный способ позволяет добиться ориентированного роста сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO на сапфире, однако метод химического газофазного осаждения использует токсичные металл органические соединения.
1-x
x
3
0,4
0,6
3
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ (D. , L. Yang, F. Ponchel, J.F. , D. Chateigner, G. Wang, X. Dong. X-ray combined analysis of fiber-textured and epitaxial Ba(Sr,Ti)O3 thin films deposited by radio frequency sputtering. - Journal of Applied Physics 109, 2011, 114106) получения сегнетоэлектрических пленок BaSrTiO с преимущественной ориентацией (111) на подложке сапфира с использованием буферных слоев оксида титана методом высокочастотного распыления мишени состава BaSrTiO при температуре подложки 800°C.
Недостатком известного способа является то, что буферный слой вносит паразитный вклад в формируемую структуру, таким образом ухудшая электрофизические характеристики, такие как зависимость свойств от напряженности электрического поля и потери.
1-x
x
3
Задачей, решаемой изобретением, является разработка технологии получения сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO на сапфире с преимущественной ориентацией (110) и высокой диэлектрической нелинейностью (зависимостью диэлектрической проницаемости от внешнего электрического поля) при высокой добротности.
1-x
x
3
1-x
x
3
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO на сапфире с преимущественной ориентацией (110) так же, как и в известном распыляют мишень состава BaSrTiO с использованием сапфировой подложки, но в отличие от известного способа, в предлагаемом осаждение проводят непосредственно на сапфировую подложку при температуре 850-900°C в течение времени, достаточного для создания сплошного сегнетоэлектрического слоя (минимизации влияния подложки на структуру растущей пленки), затем температуру понижают до 750-800°C, при которой формируют основной сегнетоэлектрический слой.
Техническим результатом является высокая диэлектрическая нелинейность ориентированной сегнетоэлектрической пленки при высокой добротности, позволяющая использовать полученные сегнетоэлектрические пленки в сверхвысокочастотной технике.
1-x
x
3
1-x
x
3
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена дифрактограмма сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO с преимущественной ориентацией (110) на сапфире, на фиг. 2 и 3 представлены зависимости емкости и добротности конденсаторной структуры на основе сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO, полученной предлагаемым способом, от внешнего электрического поля, измеренные на частоте 2 ГГц соответственно.
Из фиг. 1 видно, что пик фазы (110) титаната бария стронция является наиболее интенсивным, по сравнению с пиками (100), (111), (200) и (211). Интенсивность пика говорит о количестве данной фазы, таким образом, сегнетоэлектрическая пленка, полученная предлагаемым способом, является преимущественно ориентированной. Из фиг. 2 следует, что конденсаторная структура на основе сегнетоэлектрической пленки, полученной предлагаемым способом, изменяет свою емкость в 3 раза под действием внешнего электрического поля 80 В/мкм, при этом добротность данного конденсатора сохраняется высокой (фиг. 3).
0,4
0,6
3
Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа. На первом этапе распыляют мишень состава ВаSrTiO на сапфировую подложку в атмосфере кислорода с давлением 2 Па и при температуре подложки 850-900°C, создавая сплошной сегнетоэлектрический слой. При высокой температуре осаждения происходит активное реиспарение бария с поверхности растущей пленки, за счет чего происходит уменьшение содержания бария в составе сегнетоэлектрического слоя по сравнению с распыляемой мишенью. Таким образом уменьшают параметр ячейки данного слоя, согласовывая его с сапфиром, что обеспечивает преимущественно ориентированный рост пленки и улучшает электрические свойства. В то же время, повышение температуры осаждения выше 900°C на первом этапе вызовет активное реиспарение всего осаждаемого материала, что сильно замедлит скорость роста первого слоя. Таким образом, оптимальным температурным интервалом для первого этапа является 850-900°C.
0,4
0,6
3
На втором этапе температуру подложки снижают до 750-800°C, при которой формируют основной сегнетоэлектрический слой. На этом этапе необходимо выбрать температурный режим, при котором происходит перенос компонентного состава мишени на подложку. При выборе состава мишени BaSrTiO стехиометрический перенос компонентов мишени на подложку происходит при температуре, не превышающей 800°C. Также необходимо учесть возможность образования полититанатных соединений при температуре ниже 750°C. Исходя из этих соображений, оптимальным режимом для получения основного сегнетоэлектрического слоя является интервал от 750 до 800°C.
Суть предлагаемого метода состоит в выборе высокой температуры для осаждения начального слоя и дальнейшего снижения до температуры, которая обеспечивает требуемый перенос компонентного состава мишени на сапфировую подложку. Использование данного метода позволяет получить преимущественно ориентированную пленку без включения полититанатных фаз и с минимальным количеством дефектов за счет согласования кристаллических решеток сегнетоэлектрической пленки и сапфировой подложки.