本申請屬于微電子器件，具體涉及一種二氧化鉿薄膜的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、二氧化鉿(hfo2)是一種具有寬帶隙和高介電常數(shù)的陶瓷材料，近年來在微電子器件領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。隨著集成電路的發(fā)展，傳統(tǒng)的二氧化硅(sio2)柵介質(zhì)層已接近其物理極限，而二氧化鉿因其高介電常數(shù)、寬帶隙、良好的熱穩(wěn)定性和與硅基底的兼容性，被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)sio2的理想材料。此外，二氧化鉿還具有鐵電特性，使其成為非易失存儲器中存儲介質(zhì)的優(yōu)良備選方案。

2、二氧化鉿具有很多不同的晶相(包括單斜相、四方相、立方相和鐵電相)，其中，鐵電相是一種亞穩(wěn)相，通常在摻雜或特定條件下出現(xiàn)，這種相在常壓下不會自然出現(xiàn)。此外，二氧化鉿只有制備成薄膜才能投入器件的應(yīng)用當(dāng)中，然而，目前這些薄膜多是采用原子層沉積(ald)生長的多晶薄膜，多晶薄膜的晶相和晶向都是不可控的，這樣形成的紛繁復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)會極大影響二氧化鉿材料在電極器件中的鐵電性能。

3、因此，亟需研究并開發(fā)一種能夠可控的制備二氧化鉿薄膜的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請的首要目的在于提供一種二氧化鉿薄膜的制備方法，該制備方法以立方氧化物的(111)晶面作為襯底，以氧化物外延生長技術(shù)進(jìn)行二氧化鉿薄膜的生長，生長的二氧化鉿薄膜的晶相為純鐵電相，并且其晶向可控、可重復(fù)。經(jīng)測試，生長的二氧化鉿薄膜具有明顯鐵電性，其面外剩余極化強(qiáng)度最低可達(dá)到25μc/cm2。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請采用以下技術(shù)方案：

3、本申請的一個方面提供了一種二氧化鉿薄膜的制備方法，包括以下步驟：

4、提供襯底，所述襯底為立方氧化物的(111)晶面；

5、采用氧化物外延生長技術(shù)，在所述襯底的表面生長二氧化鉿薄膜。

6、本申請的另一個方面提供了一種二氧化鉿薄膜，所述二氧化鉿薄膜的晶相為純鐵電相，其面外剩余極化強(qiáng)度≥25μc/cm2。

7、本申請的另一個方面提供了如上文所述的二氧化鉿薄膜在制備微電子器件中的應(yīng)用。

8、本申請的另一個方面提供了一種微電子器件，含有上文所述的二氧化鉿薄膜。

9、本申請的有益效果：

10、通過本申請中提供的制備方法生長出的二氧化鉿薄膜的晶相是純的鐵電相，并且晶向可控、可重復(fù)。此外，經(jīng)過測試，生長出的薄膜面外剩余極化強(qiáng)度和理論預(yù)測一致(最低可達(dá)25μc/cm2)，本申請中制備得到的二氧化鉿薄膜可應(yīng)用于如非易失性存儲器等微電子器件中，從而賦予微電子器件優(yōu)異的性能。

技術(shù)特征：

1.一種二氧化鉿薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述立方氧化物為鈦酸鍶、鋁酸鑭、鋁酸鍶鉭鑭、鎵酸釹、鈧酸鏑、鈧酸釓中的一種；

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述襯底的厚度h滿足0＜h≤1mm。

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化物外延生長技術(shù)為脈沖激光沉積、氧化物分子束外延、化學(xué)氣相沉積、化學(xué)溶液沉積中一種；

5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述氧化物外延生長技術(shù)中，采用的靶材為金屬氧化物摻雜的二氧化鉿，其中，所述金屬氧化物為氧化釔、氧化鋯或氧化鈰中的一種；

6.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述脈沖激光沉積中，生長溫度為700℃～800℃，氧壓為2×10-2torr～6×10-2torr，激光強(qiáng)度為2.0j/cm2～2.3j/cm2。

7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，生長的所述二氧化鉿薄膜的厚度為5nm～100nm。

8.一種二氧化鉿薄膜，其特征在于，采用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的制備方法制得，所述二氧化鉿薄膜的晶相為純鐵電相，其面外剩余極化強(qiáng)度≥25μc/cm2。

9.如權(quán)利要求8所述的二氧化鉿薄膜在制備微電子器件中的應(yīng)用；

10.一種微電子器件，其特征在于，含有權(quán)利要求8所述的二氧化鉿薄膜；

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種二氧化鉿薄膜的制備方法及其應(yīng)用，所述二氧化鉿薄膜的制備方法包括以下步驟：提供襯底，所述襯底為立方氧化物的(111)晶面；采用氧化物外延生長技術(shù)，在所述襯底的表面生長二氧化鉿薄膜。本申請從襯底和生長工藝兩個方面著手進(jìn)行二氧化鉿薄膜的生長，生長的二氧化鉿薄膜的晶相為純鐵電相，并且其晶向可控、可重復(fù)。經(jīng)測試，生長的二氧化鉿薄膜具有明顯鐵電性，其面外剩余極化強(qiáng)度最低可達(dá)到25μC/cm<supgt;2</supgt;。本申請制備方法提供的二氧化鉿薄膜在微電子器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：呂頔,陳思翰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28