一种细化晶粒及提高畴翻转能力的氧化铪基铁电薄膜的制备方法

本发明涉及薄膜与器件制备，尤其是涉及一种细化晶粒及提高畴翻转能力的氧化铪基铁电薄膜的制备方法。

背景技术：

1、氧化铪基铁电存储器作为一种新兴的非易失性存储器，以其高速读写、低功耗、高保持性、抗辐射等特性有望突破传统存储结构的发展瓶颈，从而进一步推动存储技术的发展。具有稳定铁电相和可控电畴翻转的氧化铪基铁电薄膜是铁电存储器发挥存储性能的关键。目前关于氧化铪基铁电薄膜的畴翻转行为工作尚未得到充分研究，对提高铁电亚稳相稳定性与电畴可控性的迫切需求，推动了在使用传统制备薄膜方法的基础上与新策略协同作用的研究工作。氧化铪基铁电薄膜的宏观铁电性能主要由薄膜中铁电晶粒的畴结构以及畴翻转性能所决定，研究并有效提高畴翻转行为，揭示铁电薄膜的畴壁运动和畴极化的变化规律，从而为提高铁电薄膜在器件中的性能提供理论依据和指导。

技术实现思路

1、(一)发明目的

2、本发明的目的是提供一种细化晶粒及提高畴翻转能力的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，解决氧化铪基铁电薄膜晶粒尺寸限制及畴翻转稳定性的问题，细化晶粒，提高氧化铪基铁电薄膜畴翻转性能。

3、(二)技术方案

4、为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种细化晶粒及提高畴翻转能力的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，所述方法包括：制备铁电薄膜的前驱体溶液；在柔性衬底上旋涂所述前驱体溶液，经干燥、热解处理得到预设厚度的干凝胶膜；使所述干凝胶膜保持弯曲状态进行高温热处理后得到氧化铪基铁电薄膜；其中，合适的弯曲曲率作用范围内退火将促进薄膜晶粒减小，铁电相含量增多，生成更多的铁电畴；降低铁电畴的形核势垒，促进铁电畴的翻转。

5、进一步地，所述前驱体溶液的制备方法包括：根据摩尔百分比计算出所需的乙酰丙酮铪和硝酸铈的质量；前驱体溶液所需的乙酰丙酮铪和乙酸混合放在磁力搅拌器上搅拌，得到澄清的溶液；在所述澄清的溶液中加入掺杂元素的盐和乙酰丙酮，水浴加热搅拌后再放在所述磁力搅拌机上搅拌均匀，静置后过滤得到前驱体溶液。

6、进一步地，所述柔性衬底为氟晶云母或超薄硅。

7、进一步地，所述干凝胶膜保持在±0.07mm-1、±0.08mm-1、±0.1mm-1、±0.13mm-1、±0.2mm-1的曲率状态下进行退火结晶生长；其中，所述“+”表示薄膜表面向上弯曲呈“凸”状，“-”表示薄膜表面向下弯曲呈“凹”状，曲率越大，弯曲程度越大；

8、进一步地，所述柔性氧化铪基铁电薄膜厚度为60-120nm。

9、(三)有益效果

10、本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

11、在本申请实施例中，以一种制造裂纹的方式，对氧化铪基铁电薄膜的生长条件进行了优化。在高温退火阶段使氧化铪基干凝胶膜保持弯曲状态进行结晶生长，弯曲与高温之间的共同作用会使干凝胶膜发生开裂，此时薄膜不再进行大范围连续结晶而生成大尺寸晶粒，从而使晶粒尺寸减小。薄膜晶粒尺寸小表面能占优势，铁电相的能量更低而更容易存在，因而可以生成更多铁电相晶粒，从而可生成更多的铁电畴；为薄膜提供了更多的畴形核点，能够有效地降低氧化铪基铁电薄膜铁电畴形核所需的形核功，并提高其翻转能力，增加响应速度。

技术特征：

1.一种细化晶粒及提高畴翻转能力的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种细化晶粒及提高畴翻转能力的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，其包括：制备氧化铪基铁电薄膜的前驱体溶液；在柔性衬底表面上旋涂所述前驱体溶液，经干燥、热解后形成预设厚度的干凝胶膜；在高温退火阶段使所述干凝胶膜保持在弯曲状态下经高温热处理后得到氧化铪基铁电薄膜；该方法是以一种制造裂纹的方式减小了氧化铪基铁电薄膜的晶粒尺寸，生成了更多的铁电相，极大地增强了氧化铪基薄膜的畴翻转特性。技术研发人员：姜杰,庞靖琳,张彪,杨琼,蒋丽梅受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27