隨著光電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于電子元器件集成化、微型化的要求也在不斷提高，特別是對(duì)于高性能光電薄膜的需求日益增長(zhǎng)。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)光電薄膜，尤其是BaTiO?（BTO，鈦酸鋇）薄膜，因其結(jié)構(gòu)的特性可以對(duì)其摻雜改性，使其具有優(yōu)異的介電性、壓電性、熱釋電性以及非線性光電效應(yīng)等較多的傳感特性，可實(shí)現(xiàn)光電性能的提升、電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換、電能與熱能的轉(zhuǎn)換，在陶瓷電容器、電光調(diào)制器、生物傳感器等薄膜器件中有著廣泛的應(yīng)用。不過(guò)，目前制備高質(zhì)量的BTO薄膜是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，特別是在提高薄膜的均勻性、結(jié)晶度和減少氧空位缺陷方面，需要通過(guò)調(diào)整薄膜的工藝條件，來(lái)改善薄膜的綜合性能。

（來(lái)源：光潤(rùn)真空）

一般來(lái)說(shuō)，由于薄膜材料較薄，機(jī)械強(qiáng)度小，往往需要利用一定的方法將薄膜轉(zhuǎn)移并附著在基片上，目前主要可通過(guò)磁控濺射法、脈沖激光沉積法、分子束外延法等物理法和溶膠-凝膠法、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法等化學(xué)制備：

一、磁控濺射法

磁控濺射法的基本原理是用利用陽(yáng)極與陰極靶材之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，使惰性氣體（如氬氣等）發(fā)生輝光放電，產(chǎn)生正離子和新的電子，正離子受到電場(chǎng)的作用加速飛向并轟擊靶材表面，轟擊出的靶材原子（或分子）由于收到相應(yīng)的力而飛向基片表面，沉積形成薄膜。在這個(gè)過(guò)程中，產(chǎn)生的二次電子也受到電磁場(chǎng)的作用，能夠改變其運(yùn)動(dòng)方向，并束縛和延長(zhǎng)了其運(yùn)動(dòng)軌跡，延長(zhǎng)了它們?cè)诨甯浇牡入x子體中的停留時(shí)間，不僅提高了電子對(duì)工作氣體的電離概率，而且還有效地利用了電子的能量，使正離子對(duì)靶材轟擊所 引起的靶材濺射更加有效。

（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

磁控濺射法在微電子領(lǐng)域作為一種非熱式鍍膜技術(shù)，即使是鈦酸鋇這種高熔點(diǎn)的陶瓷材料，也能利用其在各種基材上實(shí)現(xiàn)高純度、高致密性薄膜的原位制備，同時(shí)濺射形成的薄膜在均勻性、結(jié)晶性上表現(xiàn)出色，且與基板有著極好的附著力。除此之外，該技術(shù)還有沉積速率快，沉積效率高的優(yōu)勢(shì)，適合工業(yè)生產(chǎn)大規(guī)模應(yīng)用，但目前仍存在成本高、工藝重復(fù)性較差。

二、脈沖激光沉積法

脈沖激光沉積其工作原理是利用高功率脈沖激光在靶材表面聚焦，由于激光的高溫和燒蝕作用，靶材揮發(fā)產(chǎn)生羽狀等離子體，等離子體會(huì)定向局域膨脹并向襯底轉(zhuǎn)移，最終在襯底上逐層沉積成薄膜。

（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

與磁控濺射法一樣，脈沖激光沉積法同樣具有沉積溫度低、成膜組分可控、適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)，可以在室溫下原位生長(zhǎng)取向一致的外延單晶膜，而且其相比磁控濺射法還更易操作，工藝參數(shù)易控制。不過(guò)，受激光束斑大小和粒子飛行路徑的約束，制備出的薄膜均勻性較差，且一般只能用于制備只能制備小面積薄膜，難以實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)。

三、分子束外延法

分子束外延法是利用含有所需成分元素的分子束直接噴射至基材表面，并發(fā)生相互作用，最終在襯底上外延出厚度均勻的薄膜。一般來(lái)說(shuō)，該方法需要在10^-8～10^-9的超高真空環(huán)境下進(jìn)行，不會(huì)受蒸發(fā)溫度的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)極高的層厚和摻雜濃度控制精度，制備的薄膜厚度可以控制在納米級(jí)別，并且可以原位觀測(cè)外延薄膜的具體情況。但也存在薄膜生長(zhǎng)速度很慢以及對(duì)襯底要求高的缺點(diǎn)。

分子束外延技術(shù)原理（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

四、溶膠凝膠法

溶膠-凝膠（Sol-gel）法也是一種可低溫加工的工藝，其原理是將金屬醇鹽或者其它無(wú)機(jī)鹽為原料配制得到前驅(qū)體再溶于相應(yīng)的化學(xué)溶劑中，配置出均勻而透明的前驅(qū)體溶液，之后在一定溫度下，溶質(zhì)與溶劑產(chǎn)生水解或醇解反應(yīng)，反應(yīng)生成物聚集成幾個(gè)納米左右的粒子并形成穩(wěn)定的溶膠。在制備薄膜時(shí)，需采用旋涂、提拉等操作方式將溶膠均勻地涂覆在基片表面，再經(jīng)一段時(shí)間靜置后，溶膠會(huì)發(fā)生膠凝化而變?yōu)槟z，凝膠最終經(jīng)過(guò)干燥熱處理去除其中有機(jī)物在基材表面形成薄膜。

溶膠中粒子的變化過(guò)程示意圖（來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）

使用鈦酸鋇四丁酯和醋酸鋇為原料制備鈦酸鋇薄膜的原理（其中，Ti(OR)4為鈦酸丁酯，HOAc為乙酸，HOR為有機(jī)醇。）

該工藝制備成本低，操作工藝簡(jiǎn)單，薄膜化學(xué)組成比較容易控制，可以實(shí)現(xiàn)大面積成膜的優(yōu)點(diǎn)，目前人們?cè)谥苽浔∧ぶ破贰?鐵電材料、光電材料和超導(dǎo)材料等材料器件時(shí)，已經(jīng)在大范圍使用溶膠-凝膠法，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。 但由于采用涂覆的方式制備，導(dǎo)致薄膜均勻性較差，需要采用與薄膜熱膨脹系數(shù)較為接近的基材，并控制溶膠的表面張力。

五、金屬有機(jī)氣相沉積法（MOCVD）

金屬有機(jī)氣相沉積法主要以III族或II族元素的有機(jī)化合物和V族或VI族元素的氧化物或氫化物等作為晶體生長(zhǎng)的原材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相外延，生長(zhǎng)出各種III-V族或II-VI族的化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料，是制備鐵電薄膜的一種濕法工藝

使用MOCVD法制備鈦酸鋇薄膜的主要優(yōu)點(diǎn)是，制備速度快、能夠準(zhǔn)確地控制薄膜的成分，而且還可以一次制備面積大、均勻性良好的薄膜，適合在工廠中進(jìn)行商業(yè)性的生產(chǎn)制備。不過(guò)由于原料和設(shè)備都很昂貴，限制了其應(yīng)用，此外所采用的金屬有機(jī)化合物通常毒性都很大

小結(jié)

鈦酸鋇基鐵電薄膜因其獨(dú)特的光電性能，在鐵電材料向集成化發(fā)展的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，在微電子和光電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力，因此制備高質(zhì)量的鈦酸鋇薄膜具有重要重要意義。上述薄膜制備方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)制備或者商業(yè)化制備過(guò)程中，根據(jù)需要綜合考量這些制備技術(shù)，如制備成本，制備條件的安全性，制備技術(shù)是否達(dá)到技術(shù)要求等，選擇最匹配的制備方法去制備。

參考文獻(xiàn)：

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慶達(dá),王曉宇,蘇新悅,等.鈦酸鋇薄膜制備及壓電光催化研究進(jìn)展[J].陶瓷學(xué)報(bào).

董藝.BaTiO_3薄膜的制備及光電性能研究[D].桂林電子科技大學(xué).

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