[发明专利]一种采用原位磁场来调控原子层沉积薄膜磁性的方法

说明书

本发明公开了一种采用原位磁场来调控原子层沉积薄膜磁性的方法，目的在于，制备的Fe₃O₄薄膜的磁各向异性明显，具有更高的矫埦场，且Fe₃O₄薄膜表面形貌均匀，粗超度小，所采用的技术方案为，包括：1)将洁净的基片放置在永磁体的磁极上，并将基片和永磁体置于真空反应腔体中加热备用，且加热温度小于永磁体的居里温度；2)以二茂铁蒸汽作为铁源，以氧气作为氧源，将二茂铁蒸汽和氧气交替脉冲送入真空反应腔体中，对基片进行若干次原子层沉积循环，直至基片的表面上均匀沉积有保形的Fe₃O₄薄膜；3)向真空反应腔体中充入惰性气体，待基片自然冷却至室温后取出。

技术领域

本发明属于原子层沉积法制备薄膜技术领域，具体涉及一种采用原位磁场来调控原子层沉积薄膜磁性的方法。

背景技术

近二十年来，为了将磁电子学应用到现在已经非常成熟的半导体产业中，很多人逐渐把注意力集中到半导体磁电子学上来。这门新兴学科的主要优点是可以与传统的金属氧化物半导体工艺兼容，从而在传统的以电荷为基础的半导体上添加自旋自由度，使现在的电子学器件的功能得到扩展，性能获得改善，提高数据处理的速度和集成密度以及降低功耗等，使当今已经十分成熟的微电子技术得到扩展。现在，半导体磁电子学被认为是磁电子学大规模实用化的最现实途径和今后发展的主流方向。自旋电子学和微电子学推动着超薄和三维保形高质量磁性氧化物薄膜的需求，使得超薄和三维保形磁性氧化物的可控生长成为急需解决的关键性技术难题，尤其是磁性氧化物的磁性可控生长是瓶颈性的技术难题，如高密度信息存储、传感器和自旋电子学等等。然而，迄今为止，制备磁性氧化物薄膜的方法主要有以下几种：(1)利用脉冲激光沉积法(PLD)，此方法工艺比较简单，薄膜的结晶质量好，但是大面积均匀性和膜厚精确控制较差，而且无法实现三维均匀保形覆盖。(2)磁控溅射是最常用的磁性氧化物薄膜生长方法，此方法具有较好的平面均匀性和成膜质量，然而在薄膜厚度精确控制方面无法实现亚纳米级的精确可控，尤其是在具有复杂三维纳米结构的衬底上无法实现三维均匀保形覆盖。(3)利用化学气相沉积(CVD)法能够制备具有一定三维均匀性的Fe₃O₄薄膜，但是由于Fe具有Fe₂O₃和Fe₃O₄两种稳定的氧化物，所以要想制备纯相的Fe₃O₄薄膜比较困难。此外CVD在膜厚精确控制和在具有较大深宽比的三维结构上仍然无法实现均匀保形覆盖。综上所述，现有制备Fe₃O₄薄膜的传统方法均有膜厚无法精确控制和无法实现三维均匀保形覆盖的瓶颈性难题。然而当今微电子技术的飞速发展，22nm及以下线宽的微电子电路已经采用Fin-FET或Tri-Get这样的三维结构。这标志着微电子电路从平面性结构过渡到三维结构已是大势所趋，如何解决从平面过渡到三维结构后传统PVD和CVD技术面临的技术瓶颈难题(三维保形均匀性和磁性可控性等)是关键性难题。