一種結晶態的鈣鈦礦晶體復合順電材料包含：分散在結晶態氧化物鈣鈦礦材料的納米晶粒尺寸的基體中的富含N3-陰離子的納米區域，其中(ABO3-δ)α-(ABO3-δ-γNγ)1-α。A表示二價元素，B表示四價元素，y滿足0.005＜γ≤1.0，1-α滿足0.05＜1-α＜0.9，且1-α是所述富含N3-陰離子的區域和其余的氧化物鈣鈦礦材料基體之間的面積比。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
技術介紹
I.專利
本專利技術涉及適用于鐵電的可調諧的器件的薄膜材料和/或基于這種材料的去耦薄膜電容器，并涉及制造薄膜器件的方法，且更具體地，涉及順電的鈣鈦礦氧氮化物納米復合材料和制備這種材料的方法，這種材料用于形成具有改良的電壓可調諧性的變容二極管器件和高電容密度薄膜去耦電容器。2.相關技術描述 為了實現鐵電變容二極管的最大可調諧性，必須施加最大電壓，以引起為了產生最大可能的電容變化所需的電容常數的改變。圖I說明了典型的由使用薄膜鐵電材料如(Ba，Sr) TiO3的鐵電變容二極管獲得的可調諧性的實例。圖I對應于U. S. 2009/0069274的圖7。U. S. 2009/0069274 公開了，在 450kV/cm 至 500kV/cm 的電場下可調諧性為2.8 1，或在450kV/cm的偏壓場下，原始電容降低70%，如圖I所示。附加的實施例報告了，對于用于平行板Pt/BST/Pt MIM型可變電容器(變容二極管)的IOOnm至200nm厚的(Ba，Sr) TiO3 (BST)膜，典型的可調諧性處于在11伏為4 I (參見，例如U. S. 2007/0069274的圖5)至在10伏為6. 3 I的范圍內(如圖2所示)，這對應于T. Bernacki、I.Koutsaroff和C. Divita的《欽酸鋇銀薄膜多層電容器(Barium Strontium TitanateThin-FilmMulti-Layer Capacitors)》中的圖 5 (《無源部件工業雜志(PassiveComponent IndustryMagazine))), 2004 年九月 / 十月，11-13 頁)。經常可以將氧氮化物鈣鈦礦描述為通過同步置換(電荷相等(平衡)規則)陽離子和陰離子組分而形成的氧化物的衍生物。可以根據兩種不同的原理補償由N3_/02_置換導致的較高的陰離子電荷。在第一種情況中，以三價RE3+(稀土)元素作為例如二價堿土陽離子的合適的置換物，進行交叉置換。例如，“電荷平衡等價于BaTiO3的氧氮化物”將是LaTiO2N1或NdTiO2Np在AB (ON) 3氧氮化物鈣鈦礦中另一個電荷補償的實例是，用Me5+同步置換Ti4+，且用N3_部分置換02_位置，以將鈣鈦礦氧化物BaTiO3轉化為氧氮化物鈣鈦礦，如LaTaON2,和除它之外的 BaTaO2N 或 BaNbO2N15N3VN2^結合至鈣鈦礦氧化物的氧陰離子位置導致顯著的結構效應，如伸長的Ti (Zr)-N鍵長度和相對于氧化物離子減少的氮化物離子電負性，這將傾向于增加陽離子-陰離子鍵的共價。鍵的共價的增加可以轉而增加陽離子通過d°陽離子的二階Jahn-Teller式畸變而位移的可能性，并且可能通過抑制鐵電相的形成和增強順電性質至超順電性狀態而影響氧氮化物鈣鈦礦的鐵電性質。甚至，氧氮化物的形成可能與從立方對稱(Pm3m)至非立方(例如，四方)或準立方隨著增加的四方畸變(c/a比)的結構變化相聯系。另一方面，在氧氮化物AB(CVxNx)3中陰離子位置的混合占用提供了類似于在弛豫體中發現的條件，因為正在極化的八面體陽離子(Ti4+)將在缺少完整的0/N位置排序情況下經歷隨機化學環境。此前，陰離子控制已經被用于調整鐵磁性的和順磁性的鈣鈦礦的或雙鈣鈦礦材料的性質。最近，已經使用了含有N2和NH3兩者的等離子體，用于立方鈣鈦礦單晶、塊體狀陶瓷和薄膜樣品，如SrTiO3的氮化，并用于BaTaO2N1的PLD和RF-濺射沉積，以及從氧氮化物靶在SrTiO3或MgO基板上生長LaTiO2N1外延薄膜。然而，尚無關于生長在處于通常大尺寸的可商購基板上的Pt電極上的氧氮化物多晶ABO2N1或ΑΒ03_γΝγ薄膜的沉積或表征的報告，也沒有關于任何鐵電氧氮化物鈣鈦礦的任何C-V或I-V特性的報告，除了在零直流偏壓時LaTiO2N1和BaTaO2N1薄膜的介電常數之外。此外，甚至，通過PLD方法，使用20 : I的N2/02氣體比率，使用SrRuO3緩沖層(buffer)，在SrTiO3 Nb基板上在760°C從氧氮化物靶外延生長的BaTaO2N膜具有僅為220的介電常數，這比BaTaO2N塊體狀樣品的介電常數少約20。從IOK至300K，BaTaO2N膜的電容溫度系數(TCC)在_50ppm/K至100ppm/K的范圍內。對于RF濺射沉積的LaTiO2N1的情況，已經報告了其介電常數為400至1100，而沒 有顯示任何用于比較的塊狀陶瓷數據，且無任何電壓可調諧性或TCC的數據。過去已經觀察到，對于低沉積溫度(200°C )，在等離子體中N2的存在減少了電極表面缺陷，也減少了漏電流，而SrTiO3膜中的介電常數幾乎沒有明顯增強。觀察到的在N摻雜的SrTiO3膜中的較低的泄露(較高的絕緣電阻)已經被歸因于氮對于通過SrTiO3的高沉積速率產生的氧空位的置換，以及N對通過氧空位生成的供體部位的補償，而沒有任何更多的證據或引起所述較低的泄露的實際機制。所有一般公知的沉積BST膜的方法，特別是用于獲得為了得到性能更好的可變電容器和/或高密度去耦薄膜電容器所需的高的電壓可調諧性和/或高電容密度的解決方案，典型地需要使用約800°C以上的非常高的沉積溫度，800°C至900°C之間的非常高的沉積后退火溫度，和典型地在200nm至600nm之間的更厚的BST電介質層，所有這些使得非常難以同時獲得大量生產的可再現質量的順電薄膜，其具有合理的高可調諧性比率，即在施加低于6-8伏的直流偏壓時，可調諧性比率為至少4-6 1，具有低介電損耗，即在IKHz或IGHz小于I %的低介電損耗，這典型地僅在約600°C至約650°C的較低的沉積溫度是可能的。氧氮化物鈣鈦礦薄膜的沉積需要使用外延匹配的基板，所述基板無法以大的生產尺寸獲得，并且典型地，如果在氧氣氣氛下退火，獲得的氧氮化物鈣鈦礦材料在高于60(TC是不穩定的。專利技術概述為了克服上述問題，本專利技術的優選實施方案提供了新穎的氧氮化物順電納米復合材料，該材料未顯示出可測的鐵電性且具有優良的電壓可調諧性能以及高介電常數，還提供了制備氧氮化物順電納米復合材料的方法，該方法與大規模生產方法不矛盾。按照本專利技術的優選實施方案，提供了一種在射頻(RF)物理氣相沉積(PVD)方法中由絕緣或半導電陶瓷靶沉積含有具有鈣鈦礦結構的介電薄層的氧氮化物的方法。根據本專利技術的優選實施方案，RF濺射沉積方法優選提供致密的結晶態復合順電材料，所述材料包括分散在結晶態氧化物鈣鈦礦材料的納米晶粒尺寸的基體中的富含N3-陰離子的納米區域，其中(ABCVJa-MBCVsiHa (0.01 < y < L5)或者(Β&1_χ，Srx)Ti03_δ) α-(Ba1^x, Srx)Ti03_δ_γNγ)!_α 或 BST0N-BST0(O. 5 < 1-χ < O. 8)納米復合材料膜，其可以例如在電壓可調諧的電容器、高密度電容器件如去耦薄膜電容器、或與其它微電子或無源器件單片集成的電容器中用作電介質層。根據本專利技術的優選實施方案，沉積鈣鈦礦或陶瓷氧化物層的方法優選包括在PVD反應器中放置基板；使氣態混合物如氬、氮和氧流動通過該反應器；使用自動壓本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：掘露伊保龍，檜貝信一，安藤陽，
申請(專利權)人：株式會社村田制作所，
類型：
國別省市：
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