论文导读：目前用于合成单分散性的铁电纳米晶的化学方法主要有如下几类。近年来，随着信息科学技术的迅猛发展，信息容量日益增大对存储器的存储密度提出了越来越高的要求。

　　关键词：铁电纳米晶，存储器，方法

　　0.引言

　　自20世纪中期以来，微电子技术得到了飞速的发展。芯片上晶体管的数量也在地快速增加。随着集成电路和存储技术以指数速度的快速发展，电子器件尺寸不断缩小，正在由亚微米向纳米尺度推进。要实现纳米电子器件及其集成电路，就必须将现有的集成电路进一步向微型化延伸，研究开发更小线宽的平面加工技术来实现纳米尺寸的电子器件[1]。

　　1. 铁电纳米晶材料研究的必要性

　　数字存储器发展到今天，已经有14种不同形式，其中占绝对主导地位的是动态随机存取存储器（DRAM），DRAM自1967年注册专利以来[2]，以其单元设计简单、结构小巧等优点统领着存储器市场；但是DRAM也有它致命的弱点，首先它是挥发性的，需要保持一定的电压才能维持保留信息，电源关闭后信息将丢失，其次它的集成度小，大容量化受到限制。而铁电晶体中存在着许多极化方向不同的铁电畴，其中有两个稳定的较大的Pr，利用铁电晶体中的两个极化双稳态来进行信息存储，可制作具有诸多优点的铁电存储器。这种铁电存储器主要有两种：非挥发性铁电存储器（FRAM）和铁电场效应管（FFET）。其中，尤以非挥发性铁电随机存储器是最有可能取得突破的。

　　2. 铁电纳米晶材料的现状

　　FRAM这一概念早在20世纪60年代初就已提出。20世纪80年代中期现代薄膜制备技术的发掌加速了FRAM研究的步伐。1987年，美国两家公司独立地公布研制出低位非挥发性铁电存储器的消息，在国际上引起了极大的重视，美国的Ramtron公司以PZT铁电薄膜为存储元件，从1991年下半年开始生产2T/2C结构的低位FRAM产品，并不断进行铁电薄膜、电极材料制备技术和器件的设计改进，从15μm线工艺发展到亚微米工艺，已有4kbit和63kbit系列产品，可重写数据次数已从108提高到1012次[3]。目前世界上几乎所有较大的半导体公司都对FRAM十分重视，开展大量的研究和发展工作。

　　3.铁电纳米晶的湿化学制备方法

　　目前用于合成单分散性的铁电纳米晶的化学方法主要有如下几类。

　　3.1. 化学沉淀法

　　化学沉淀法是工业大规模生产中用的最多的一种，由于其成本低，工艺易于控制。一直受到广泛的欢迎。化学沉淀法有很多种，其原理相同，向包含一种或多种离子的可溶性溶液中加入沉淀剂后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类并从溶液中析出，然后洗去溶剂和溶液中原有的阴离子，经热分解或脱水即可得到所需的氧化物粉料[4,5]。

　　3.2. 水热法

　　水热反应通常是指在100℃以上，压力大于105~107Pa、以水为介质的水热条件下进行的无机合成异相反应，且该反应的进行必须有水或矿化剂参与。水热法中主要通过调节体系温度和前驱体浓度来控制纳米晶在水溶液中的过饱和度，协调纳米晶成核－长大速度，得到分散性好、形状和尺寸可控的氧化物纳米晶[6]。

　　3.3. 溶剂热法

　　溶剂热法是在水热法的基础上发展起来的一种新的材料制备方法，将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒，采用类似于水热法的原理，可以制备在水溶液中无法合成、易氧化、易水解或对水敏感的材料， 重要的是通过溶剂热法合成出的纳米粉末，能够有效地避免表面羟基的存在。同时，非水溶剂在亚临界或超临界状态下独特的物理化学性质极大地扩大了所能制备的目标产物的范围[7]。

　　3.4.乳液法

　　乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相制备纳米材料的方法。论文发表。乳液法可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内形成球形颗粒，避免了颗粒之间进一步团聚。乳液法分油包水型（W/O）和水包油型（O/W）两种，每个小液滴为一个小反应器。液滴越小产物颗粒越小。论文发表。这种非均相的液相合成法，具有粒度分布较窄并且容易控制等特点[8]。

　　3.5.溶胶-凝胶法（Sol-Gel法）

　　溶胶凝胶法的过程为：将易于水解的金属化合物（无机盐或醇盐）在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经干燥、烧结处理，得到所需的各种纳米材料。其基本的反应有两步：（1）水解反应生成溶胶；（2）聚合生成凝胶[9]。

　　3.6.溶胶-凝胶自燃烧法

　　自燃烧方法是将溶胶－凝胶法和自蔓延燃烧法相结合，用来制备氧化物纳米晶的一种有效方法。它利用硝酸盐与羧酸在低温下即可实现原位氧化反应，引燃后自发燃烧快速合成纳米晶粒，反应物在合成过程中处于高度均匀分散状态，反应时原子只需经过短程扩散或重排即可进入晶格位点，加之反应速度快，合成温度低，使得产物粒径小，分布比较均匀[10]。论文发表。

　　3.7.微波辐射法

　　微波加热被认为是介电加热效应，其本质是微波电磁场与材料的相互作用，即由高频交变电场引起材料内部的自由束缚电荷（如偶极子、离子和电子等）的反复极化和剧烈运动使分子间产生碰撞、摩擦和内耗，将微波转变为热能，从而产生高温[11]。

　　4.小结

　　近年来，随着信息科学技术的迅猛发展，信息容量日益增大对存储器的存储密度提出了越来越高的要求。因此单分散性好的（粒度偏差小于5％）复合氧化物铁电纳米晶是制备下一代超高密度非挥发存储器的关键。综上所述，复合氧化物铁电纳米晶的研究，在减小存储单元尺寸、增大存储密度、降低读写时间、延长数据存储时间、增强抗辐射能力等方面将发挥重要的意义。

　　【参考文献】

　　[1] 李言荣，谢孟贤，恽正中，等。 纳米电子材料与器件[M]. 北京：电子工业出版社，2005年

　　[2] R.H. Dennard. United States Patent, 3387286, 1967（1968），7: 14.

　　[3] 周志刚，王耘波，王华等。 铁电存储器研究进展。 信息技术材料。 2002, （3）： 31~35

　　[4]C.H.Ahn,K.M.Rabe, J.M.Triseone. Ferroelectricity at the Nanoscale: Local Polarizationin Oxide Thin Films and Heterostructures[J].Science, 2004, 303, 488~491.

　　[5]田玉明 等， 共沉淀法制备纳米级陶瓷粉体研究， 山西师范大学学报（自然科学版）， 2001, 15（1）：30-34

　　[6]S.Komameni, R.Roy, Q.H.Li. Microwave-hydrothermal synthesis of ceramic powder[J]. Mater.Res.Bull., 1992,27,1393

　　[7]L.S. Ee, J. Wang. Low temperature synthesis of PZT powders via microemulsionprocessing, Materials Research Bulletin, 1998, 33（7）：1045-1055

　　[8]ChaoLiu, Bingsuo Zou, Adam J, et al. Sol-Gel Synthesis of Free-Standing Ferroelectric Lead ZirconateTitanate Nanoparticles [J]. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123（18）： 4344-4346

　　[9]A.Wu,P.M.Vilarinho, I. M. Miranda Salvako and J. L. Baptista, J. Am. Ceram. Soc.2000, 83（6）：1379-1385

　　[10]AshisBanerjee, Susmita Bose. Free-Standing Lead Zirconate Titanate Nanoparticles:Low-Temperature Synthesis and Densification [J]. Chem. Mater. 2004, 16: 5610-5615

　　[11]AnirudhP. Singh, D. K. Agrawal, Microwave effects in lead zirconium titanatesynthesis: Enhanced kinetics and changed mechanisms[J]. J. Am. Ceram. Soc,2001, 84（6）： 1197-1202