[发明专利]一种二氧化钛单晶外延薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种二氧化钛单晶同质外延薄膜的制备方法，包括以下步骤：A)在基底表面生长二氧化钛纳米线单晶阵列；B)将步骤A)得到的基底置于反应器中，在反应器中通入钛源后再通入水进行原子层沉积；C)重复步骤B)数次，得到二氧化钛单晶外延薄膜。本申请利用原子层沉积技术在二氧化钛纳米线单晶阵列表面生长了高质量的同质外延薄膜。

技术领域

本发明涉及单晶同质外延膜技术领域，尤其涉及一种二氧化钛单晶外延薄膜的制备方法。

背景技术

氧化物半导体薄膜在半导体电子学及器件中有重要的应用前景，但是低成本、大尺寸地制备氧化物半导体外延薄膜具有很大的挑战性。目前，氧化物单晶外延膜的制备主要依靠气相化学沉积(CVD)和分子束外延(MBE)等方法，但此类合成方式对生长气氛、基底尺寸以及反应温度等要求苛刻，尤其是对基底尺寸的限制及其表面清洁度的要求很高。

原子层沉积(ALD)本身是一种没有基底依赖的薄膜制备技术，反应条件宽泛，成本低廉，目前已经广泛应用于科学研究和工业生产；选择相应的反应物前驱体，可在较低的温度下(低于300℃)制备多种氧化物薄膜，如氧化铝、氧化锌、氧化钛、氧化锆等高介电常数氧化物。然而，虽然ALD技术是将一个完整的化学反应分解成由表面吸附参与的连续的半反应过程，但是制备不同成分的ALD薄膜所要求的参数不尽相同，即在控制薄膜生长速率的同时有可能伴随着CVD、前驱体分解等副反应。

二氧化钛是一种常见的宽带隙(～3.1eV)氧化物，在光催化、电致变色、太阳能电池、半导体器件以及仿生材料等领域具有广泛的应用价值。金红石相是二氧化钛高温下的稳定相，相比于非晶相，具有更优异的介电性能，作为n型半导体在微电子器件领域有重要的应用前景。但是其单晶外延薄膜生长困难，利用ALD薄膜技术制备二氧化钛单晶外延膜目前鲜有报道。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种二氧化钛单晶同质外延薄膜的制备方法，该方法可在二氧化钛单晶纳米线表面均匀生长一层具有相同结构的且厚度可控的单晶同质外延膜。

有鉴于此，本申请提供了一种二氧化钛单晶同质外延薄膜的制备方法，包括以下步骤：

A)在基底表面生长二氧化钛纳米线单晶阵列；

B)将步骤A)得到的基底置于反应器中，在反应器中通入钛源后再通入水进行原子层沉积；

C)重复步骤B)数次，得到二氧化钛单晶同质外延薄膜。

优选的，在步骤A)之后还包括：

将二氧化钛纳米线单晶阵列进行退火处理。

优选的，钛源选自四(二甲氨基)钛、四氯化钛、四异丙醇钛和叔丁醇钛中的一种。

优选的，在所述原子层沉积之前，所述钛源的温度为80～100℃，所述水的温度为20～30℃，所述二氧化钛纳米线单晶阵列的温度为200～300℃。

优选的，所述钛源的通入方式具体为通入0.1～1s后抽真空5～10s。

优选的，所述水的通入方式具体为通入0.1～1s后抽真空5～10s。

优选的，所述反应器的压强为200～500Pa，所述反应器的温度为200～300℃。

优选的，所述通入钛源和所述通入水的载气为氮气，流速为10～50sccm。

优选的，所述外延薄膜的生长速率为0.247nm/min。