溶胶-凝胶工艺制备SrTiO3纳米薄膜的研究

（中国科学院半导体所材料中心，北京100083）

摘 要：采用溶胶-凝胶方法，以醋酸锶、钛酸四丁酯为前驱体，乙酰丙酮为螯合剂，乙二醇甲醚为溶剂，乙酸为助溶剂和催化剂制备溶胶，用旋涂法在Si(100)衬底上制备出了具有典型钙钛矿型结构的SrTiO 3纳米薄膜。用XRD、AFM、SEM和椭圆偏光仪等手段分析了薄膜的性能，结果显示薄膜的表面均匀、无裂纹、厚度20-30nm，折射率1.75-1.85，晶粒度35-60nm，表面平均粗糙度RMS为3.4-3.8nm，晶粒形貌呈类圆锥形态。

关键词：SrTiO3薄膜；溶胶-凝胶工艺；纳米薄膜

中图分类号：TN304.9 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2005)05-0018-04


1 引言
薄膜制备技术的发展对推动现代半导体技术的进步和新型器件的开发正显示出越来越重要的作用。钛酸锶（SrTiO 3）薄膜材料作为一种可替代SiO2而在下一代CMOS集成电路中使用的高 k介质栅极材料一直吸引着人们的研究兴趣。1999年Motorola实验室通过在硅衬底上外延生长SrTiO 3薄膜的方法研制出了世界上最薄的晶体管。2001年它又利用外延生长的SrTiO3薄膜作应变缓冲层，取得了在300mm硅衬底上外延生长高质量GaAs薄膜材料的重大突破，并用此材料研制出了实用化的手机用功率放大器（PAs），引起了国际学术界的巨大反响[ 1]，对SrTiO3薄膜的研究成为近年来一个很活跃的领域。

SrTiO3是一种典型的ABO 3钙钛矿型化合物，其晶格常数a0 为0.3905nm，室温介电常数K为300，禁带宽度为3.4eV，具有低介电损耗和高化学稳定性，满足化学计量比的非掺杂SrTiO3晶体是绝缘体。在PTC热敏电阻、加热元件、晶界层陶瓷电容器、微波及消磁元器件等领域中有着十分广泛的应用[2]。由于在Si(001)衬底上外延生长SrTiO3薄膜的晶格在沿Si[001]轴自旋转45