专利名称：低电阻率金属氧化物镍酸镧的制备方法
技术领域：
本发明涉及金属氧化物镍酸镧薄膜，具体是指一种用于铁电存储器底电极的低电阻率金属氧化物镍酸镧薄膜的制备方法。
背景技术：
铂等贵金属薄膜是铁电存储器中最广泛使用的底电极材料，但是，以Pt作电极时，铁电器件电极化的抗疲劳性能较差，另外Pt与Si基材料的结合力也较差。为了改善铁电材料的抗疲劳特性，近年来对采用氧化物材料作电极来取代传统的Pt电极进行了大量的研究。一些导电氧化物尤其是钙钛矿结构的导电氧化物受到了研究工作者的特别重视，这些导电氧化物包括LaNiO3(LNO)、RuO2、IrO2、SrRuO3、LSCO等。与常用的Pt电极相比，使用钙钛矿结构的金属氧化物电极其铁电器件具有更好的抗疲劳特性，原因是与电极材料的界面效应，防止了氧空位在电极处的堆积。
用钙钛矿结构的LNO做电极与Pt相比，LNO薄膜材料的电阻率比Pt要高得多。作为电极，高的电阻率将使有效电场减小，阻碍铁电材料铁电性的充分发挥。并且，这将使得器件的工作电压加大，小的工作电压在微器件中显得尤为重要。因此，如何降低LNO薄膜材料的电阻率又成为研究的热点和难点。
目前国际上普遍报道的多晶LNO薄膜的电阻率在5～26×10-4Ωcm，作为电极材料，其电阻率还是偏高了些，但它的优点是可以改善铁电材料的抗疲劳特性。和外延LNO薄膜相比，多晶LNO薄膜一般以硅基材料作为衬底，因此它可以与硅读出电路兼容。虽然外延LNO薄膜晶体的电阻率较低，在1.5～5×10-4Ωcm。但外延薄膜膜生长的设备要求较高、生长条件苛刻，成本高昂，而且需用晶格常数和LNO匹配的SrTiO3，LaAlO3，或蓝宝石等单晶作为衬底。而这些衬底是非硅基材料，不能和硅基读出电路兼容。
发明内容
基于上述已有技术存在的种种问题，本发明的目的是提出一种操作方法简单、性能稳定、重复性好、成本低的低电阻率导电金属氧化物镍酸镧薄膜材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明通过采用磁控溅射的方法沉积LNO薄膜，然后对LNO薄膜进行高压热处理来得到低电阻率的导电金属氧化物镍酸镧薄膜。
其制备步骤如下A.溅射靶制备用纯度为99.9％的La2O3和Ni2O3粉末按1∶1的La、Ni原子比混合研磨后压制成块体，然后在1100℃高温下烧结3个小时，制成LNO靶；B.薄膜材料制备首先将按常规方法清洗后的(100)取向的单晶硅衬底放入溅射仪中，抽真空至10-4Pa；然后对单晶硅衬底加热，使其保持在200-400℃；再通入氩气与氧气，其氧分压为20-60％，气压保持在1.5Pa-1.7Pa，进行溅射沉积LaNiO3薄膜，溅射功率为80-100W，溅射时间根据薄膜厚度的需要而定。
C.薄膜材料后处理将上述制备好的薄膜材料放入高压釜内进行高压氧热处理，压力保持在1.5-8Mpa，热处理温度为200-400℃，时间为4-6小时，其中升温速率为8.24℃/min，降温速率为30℃/h。最后可以得到电阻率为3.6-1.55×10-4Ωcm的赝立方相的LNO薄膜。
本发明方法制备的LNO薄膜材料，具有如下的有益效果1.制备的LNO薄膜电阻率极低，有利于器件的铁电性能充分发挥，并可降低器件的工作电压。
2.制备方法简单，生长的薄膜材料性能稳定、重复性好、成本低。
3.薄膜材料的整个生长和后处理温度都低于硅读出电路的最高容忍温度450℃，因此用本发明方法制备的LNO薄膜材料作为铁电微器件的底电极可以和硅读出电路集成。
图1为薄膜材料的电阻率和其溅射时不同的氧分压以及在不同的衬底温度下的关系。
图2为图1的局部放大图。
图3是衬底温度为200℃时，溅射的薄膜其电阻率随处理氧压力的变化。
图4为本发明方法制备的LaNiO3薄膜在高压处理后的X射线衍射图。
具体实施方法下面结合附图对本发明的具体实施方法作进一步的详细说明，图1是在不同氧分压，不同衬底温度下生成的薄膜电阻率的变化曲线，从图1可以看出，随着氧分压的增加，电阻率下降。当达到20％后，电阻率的变化基本趋于平稳。这说明已无法将LNO薄膜的氧含量提高了。同时，随着衬底的温度升高，将使更多的氧挥发，因而薄膜电阻率升高。这些都说明，薄膜中的氧含量对电阻率至关重要，氧含量越高，电阻率越低。而高压氧处理，可以将更多的氧合成到LNO薄膜中，因而，这种方法可以降低电阻率。
下面提供一个本发明的最佳实施例1.溅射靶的制备用99.9％ La2O3和Ni2O3粉末按1∶1的La、Ni原子比混合研磨后压制成100mm×3mm的块体然后在1100℃高温烧结3个小时，制成LNO陶瓷靶；2.薄膜材料的制备衬底为(100)取向的单晶硅片。先用乙醇、丙酮交替进行超声清洗，然后用三氯乙烯进行化学清洗，最后在真空室内再用氩离子束刻蚀剥离清洗。
然后将衬底放入溅射仪中，抽真空至5×10-4Pa，衬底加热到200℃，靶距离衬底7cm，功率80-100W，然后通入氩气和氧气，氧气分压比为30％，并保持气压在1.6Pa，进行溅射，时间1小时。这时得到多晶LNO薄膜，其电阻率为7×10-4Ωcm。
3.薄膜材料的后处理将上述制备好的薄膜材料放入高压釜内进行高压氧热处理，压力保持在8Pa，热处理温度400℃，退火约5小时，其中升温速率为8.24℃/min，降温速率为30℃/h。经测试得到电阻率为1.55×10-4Ωcm的赝立方相的LaNiO3薄膜。
3.材料鉴定本方法制备的LNO薄膜的微结构测定见图4的X射线衍射谱图。图中显示薄膜材料高度(100)取向。
权利要求
1.一种低电阻率金属氧化物镍酸镧薄膜的制备方法，其制备步骤如下A.溅射靶制备用纯度为99.9％的La2O3和Ni2O3粉末按1∶1的La、Ni原子比混合研磨后压制成块体，然后在1100℃高温下烧结3个小时，制成LNO靶；B.薄膜材料制备；C.薄膜材料后处理；其特征在于所说的薄膜材料制备步骤是首先将按常规方法清洗后的(100)取向的单晶硅衬底放入溅射仪中，抽真空至10-4Pa；然后对单晶硅衬底加热，使其保持在200-400℃；再通入氩气与氧气，其氧分压为20-60％，气压保持在1.5Pa-1.7Pa，进行溅射沉积LaNiO3薄膜，溅射功率为80-100W，溅射时间根据薄膜厚度的需要而定；所说的薄膜材料后处理的步骤是将上述制备好的薄膜材料放入高压釜内进行高压氧热处理，压力保持在1.5-8Mpa，热处理温度为200-400℃，时间为4-6小时，其中升温速率为8.24℃/min，降温速率为30℃/h。
全文摘要
本发明公开了一种低电阻率金属氧化物镍酸镧薄膜的制备方法，该方法是通过采用磁控溅射的方法沉积镍酸镧薄膜，然后对镍酸镧薄膜进行高压氧热处理得到低电阻率的导电金属氧化物镍酸镧薄膜。该方法的优点是得到的薄膜电阻率极低，有利于器件的铁电性能充分发挥，并可降低器件的工作电压。制备方法简单，生长的薄膜材料性能稳定、重复性好、成本低。薄膜材料的整个生长和后处理温度都低于硅读出电路的最高容忍温度450℃，因此用本发明方法制备的LNO薄膜材料作为铁电微器件的底电极可以和硅读出电路集成。
文档编号C23C14/54GK1766158SQ20051002908
公开日2006年5月3日 申请日期2005年8月25日 优先权日2005年8月25日
发明者褚君浩, 张晓东, 孟祥建, 孙璟兰, 林铁 申请人:中国科学院上海技术物理研究所