Solution synthesis and dielectric properties of alumina thin films: understanding the role of the organic additive in film formation.
Solution synthesis and dielectric properties of alumina thin films: understanding the role of the organic additive in film formation.
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氧化铝薄膜的溶液合成和介电性能：了解有机添加剂在成膜中的作用
DOI：
10.1039/d1dt01439k
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发表时间：
2021
影响因子：
4
通讯作者：
J.J. Schneider
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
R.C. Hoffmann;M.O. Liedke;M. Butterling;A. Wagner;V. Trouillet;J.J. Schneider
以硝酸铝（ALN）和肼基甲酸甲酯（MCZ）为原料，采用燃烧合成法制备了氧化铝薄膜。研究了氧化剂和还原剂的比例对所得氧化物层的组成、微观结构和电子性能的相互依赖性。通过添加不同量的MCZ（MCZ：ALN = 0.67或2.5）改善介电和绝缘性能。 以这种方式，可以实现具有9.7的介电常数κ和低于0.015的介电损耗tan δ的膜（厚度约140 nm）。 然而，中等浓度的MCZ（MCZ：ALN = 1.0或1.5）导致具有较低性能的膜。 我们的研究表明有机添加剂的两个相反的效果。在成膜过程中作为燃烧气体去除有机残留物是潜在有害的。然而，更大量的MCZ在前体混合物中引起缩合反应，这改善了微观结构。用正电子湮没寿命谱研究了薄膜的孔隙率。以这种方式，可以量化有机配体球对所得微结构的影响。由单独的ALN制备的样品表现出中孔以及更大的微孔。相反，加入MCZ可以抑制介孔的形成。
Alumina thin films are synthesized by combustion synthesis of mixtures of aluminium nitrate (ALN) and methylcarbazate (MCZ). The interdependence of the ratio of oxidizer and reducing agent on composition, microstructure and electronic properties of the resulting oxide layers is investigated. The dielectric and insulating behaviour is improved by addition of different amounts of MCZ (MCZ : ALN = 0.67 or 2.5). In this way films (thickness ∼140 nm) with a dielectric constant κ of 9.7 and a dielectric loss tan δ below 0.015 can be achieved. Medium concentrations of MCZ (MCZ : ALN = 1.0 or 1.5) lead to films with lower performance, though. Our studies indicate two opposing effects of the organic additive. Removal of organic residues during film formation as combustion gases is potentially detrimental. Larger amounts of MCZ, however, cause condensation reactions in the precusor mixture, which improve the microstructure. The porosity of the films can be sucessfully analyzed by positron annihilation liftetime studies. In this way the impact of the organic ligand sphere on the resulting microstructure can be quantified. Samples prepared from ALN alone exhibit mesopores and also larger micropores. In contrast, the formation of mesopores can be inhibited by addition of MCZ.
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