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SrTiO3是一种典型的钙钛矿型结构材料,具有介电常数高、介质损耗低、良好的化学热稳定性和优异的绝缘性能,被广泛应用于微电子器件,研究一种方法简单,环保的SrTiO3薄膜制备技术,对于电子产业具有一定的意义。 本研究利用自组装单层膜技术,首先在玻璃基板上生长了十八烷基三氯硅烷自组装单层膜(OTS-SAMs),然后以Sr(NO3)2、Ba(NO3)2、(NH4)2TiF6和H3BO3为原料,用液相自组装的方法制备Sr1-xBaxTiO3薄膜。用AFM、XRD、XPS、FTIR、SEM、EDS等测试方法对OTS-SAMs和Sr1-xBaxTiO3薄膜微结构进行了表征,探讨了OTS-SAMs在基板表面的成膜机理和OTS-SAMs对Sr1-xBaxTiO3薄膜吸附机理;研究了液相组装制备的Sr1-xBaxTiO3薄膜的介电性能、可逆浸润性能和循环光催化性能,得到以下结论: (1) OTS溶入C6H5CH3溶液,OTS的-Si-Cl键与水发生水解反应后,在OTS头基形成的硅烷醇-Si-OH与紫外光照射形成的-OH进行脱水缩合反应,形成共价硅氧烷键(-O-Si),这种硅氧烷键在二维空间内高度有序地排列形成OTS-SAMs。 (2)紫外光辐照,使OTS-SAMs末端-CH3键断裂形成硅烷醇(Si-OH)组群,使 OTS-SAMs末端变为亲水性-OH,从而具备界面识别功能;利用这种属性,在光掩膜的覆盖下,在OTS-SAMs上形成硅烷醇基和烷基区域,用液相自组装方法选择性制备出边缘轮廓清晰、线宽30μm左右,线间距100μm图案化的SrTiO3薄膜。 (3)液相自组装制备 SrTiO3薄膜形成机理是异相成核-胶体聚沉的共同作用结果。OTS-SAMs表面羟基(-OH)与(NH4)2TiF6水解产物[Ti(OH)6]2-缩聚反应异相成核形成[Ti(OH)5]-层;前驱溶液中的Sr[TiF6-n(OH)n] H+NO3-胶团在静电力作用下聚沉在[Ti(OH)5]-层表面,自组装形成前驱薄膜,晶化后形成了SrTiO3薄膜。 (4)反向液相自组装制备薄膜的过程中,Sr[TiF6-n(OH)n] H+ NO3-胶团在静电力作用下向上移动,前驱溶液中的聚合大分子在重力作用下向下移动,制备的薄膜致密;具有介电性能,在10kHz时, Sr0.8Ba0.2TiO3薄膜的介电常数为880,介电损耗为0.04。 (5)前驱溶液中的(NH4)2TiF6与H3BO3比率对液相自组装制备Sr0.8Ba0.2TiO3薄膜的晶体结构有明显的影响,(NH4)2TiF6/H3BO3≤1.2制备的薄膜属 Pm-3n空间群,为立方结构,(NH4)2TiF6/H3BO3≥1.4制备的薄膜属 P4mm空间群,为四方结构;在30kHz时,(NH4)2TiF6/H3BO3=1/1.6制备的Sr0.8Ba0.2TiO3薄膜的介电常数为216,损耗0.0233。 (6)液相自组装制备Sr0.8Ba0.2TiO3薄膜,在低电场下,薄膜漏导机制符合Schottky模型。在高电场下,薄膜漏电流机制符合空间电荷限制电流。 (7) SrTiO3薄膜在150℃保温-紫外照射循环作用下,表现出了良好的可逆浸润性。Ba0.77Sr0.23TiO3薄膜120℃保温-紫外照射循环作用下,呈现了永久亲水性;SrTiO3和Ba0.77Sr0.23TiO3薄膜在紫外光下照射具有良好的循环光催化性能。