[发明专利]外延生长氧化铝单晶薄膜的方法

说明书

技术领域：

    本发明涉及单晶薄膜制备的方法，尤其是外延生长氧化铝单晶薄膜的方法。

背景技术：

氧化铝薄膜具有众多优点，如光学性能好、机械强度与硬度高、透明性与绝缘性好、耐磨、抗蚀及化学惰性等，倍受人们的关注。在机械、微电子、光学、化工、医学等许多领域有着广泛的应用。因此，科技工作者对氧化铝薄膜的研究和开发工作就一直没有停止过。起初氧化铝薄膜的制备是通过工业CVD法，但是CVD沉积法对温度要求很高，一般超过1000℃，限制了在碳化物衬底等一些不耐高温的表面上沉积氧化铝的应用。于是，人们不断进行试验研究试图在PVD领域中找到一种低温、高速的沉积法。脉冲激光沉积法具有沉积参数易控、易保持薄膜与靶成分一致、生长的薄膜质量好等优点，具有广阔的应用前景，目前为止，还没有使用脉冲激光沉积法在蓝宝石上外延生长氧化铝单晶薄膜。

发明内容：

    本发明的目的是实现氧化铝单晶薄膜的外延生长，提供一种在蓝宝石上外延氧化铝单晶薄膜的生长方法。

本发明采用的技术方案为：

外延生长氧化铝单晶薄膜的方法：采用脉冲激光沉积法，包括如下步骤：

1）称量氧化铝粉末，然后液压成型，制得靶材； 

2）将清洗后的衬底放入脉冲激光沉积装置的生长室中，靶材与衬底之间的距离为4.5～5.5 cm, 生长室背底真空度抽至1×10^-4～1×10^-3 Pa，然后加热衬底，使衬底温度为450~750 ℃，以纯O₂为生长气氛，控制O₂压强0.5~5 Pa，激光频率为3~10 Hz, 激光能量为250～350 mJ，进行生长，生长后的薄膜以3～10℃/min冷却至室温。 

所述的衬底是蓝宝石。

所述氧化铝粉末的纯度为99.99%。

本发明通过在蓝宝石衬底上外延生长氧化铝单晶薄膜，其生长的时间由所需的厚度决定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过在蓝宝石衬底上外延生长氧化铝单晶薄膜，其生长的时间由所需的厚度决定；可以实现氧化铝单晶薄膜的外延生长；制备的氧化铝单晶薄膜具有良好的重复性和稳定性。

附图说明：

图1是本发明方法采用的脉冲激光沉积装置示意图, 图中：1为激光器；2为生长室；3为靶材；4为衬底；

图2是实施例2的氧化铝单晶薄膜的x射线衍射(XRD)图谱。

具体实施方式：

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例1

1）取纯度为99.99%氧化铝粉末，将粉末在高温下液压成厚度为3 mm，直径为50 mm的圆片，得到靶材。

2) 以蓝宝石为衬底，将衬底表面清洗后放入脉冲激光沉积装置的生长室中，生长室背底真空度抽至1×10^-4 Pa，然后加热衬底，使衬底温度为450℃，以氧化铝陶瓷靶为靶材，调整衬底和靶材的距离为4.5 cm，以纯O₂为生长气氛，控制O₂压强0.5 Pa，激光频率为3 Hz, 激光能量为250 mJ，生长的时间为30 min。生长后以3 ℃/min的速率冷却到室温，得到氧化铝单晶薄膜。

实施例2

1）取纯度为99.99%氧化铝粉末，将粉末在高温下液压成厚度为3 mm，直径为50 mm的圆片，得到靶材。

2) 以蓝宝石为衬底，将衬底表面清洗后放入脉冲激光沉积装置的生长室中，生长室背底真空度抽至5×10^-4 Pa，然后加热衬底，使衬底温度为600℃，以氧化铝陶瓷靶为靶材，调整衬底和靶材的距离为5 cm，以纯O₂为生长气氛，控制O₂压强2 Pa，激光频率为5 Hz, 激光能量为300 mJ，生长的时间为30 min。生长后以5℃/min的速率冷却到室温，得到氧化铝单晶薄膜。

制得的氧化铝单晶薄膜其x射线衍射(XRD)图谱见图2。

实施例3

1）取纯度为99.99%氧化铝粉末，将粉末在高温下液压成厚度为3 mm，直径为50 mm的圆片，得到靶材。