[发明专利]一种可控晶面取向的薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可控晶面取向的薄膜材料及其制备方法，包括：将飞秒激光聚集在衬底上，在衬底表面加工出三维结构阵列；将飞秒激光聚集在三维结构阵列上，在衬底表面加工出三维超润湿模板阵列；将水溶性晶体颗粒滴加到三维超润湿模板阵列上，并对衬底进行加热处理，得到可控晶面取向的薄膜材料；其中，三维结构阵列包括若干三维结构，若干三维结构的尺寸和形状由水溶性晶体颗粒的尺寸和形状确定。本发明通过三维超润湿模板阵列的超湿润性吸附水溶性晶体颗粒，并利用加工区域与未加工区域的表面能差异，对水溶性晶体颗粒的扩散进行限制，得到晶粒取向一致，尺寸大小均一的薄膜材料，薄膜生长速度快，制备方法简单，制备过程不受材料和衬底约束。

技术领域

本发明涉及微纳加工技术领域，具体涉及一种可控晶面取向的薄膜材料及其制备方法。

背景技术

薄膜的晶面取向、成分、晶粒尺寸以及界面应力等都会极大地影响薄膜性能，不同择优取向的薄膜可以展现出不同的性质，根据不同要求可以应用于微电子技术、光电子技术、MEMS技术等。如何制备性能良好的薄膜，满足集成器件的要求，成为制约薄膜应用的关键环节。

现有主要采用分子束外延法制备薄膜，但该方法薄膜生长速度慢，且要求材料和衬底要严格匹配。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可控晶面取向的薄膜材料及其制备方法，旨在解决现有薄膜制备方法薄膜生长速度慢，要求材料和衬底严格匹配的问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，包括：

将飞秒激光聚集在衬底上，通过飞秒激光在所述衬底表面加工出三维结构阵列；

将飞秒激光聚集在所述三维结构阵列上，通过飞秒激光在所述衬底表面加工出三维超润湿模板阵列；

将水溶性晶体颗粒滴加到所述三维超润湿模板阵列上，并对所述衬底进行加热处理，得到可控晶面取向的薄膜材料；其中，所述三维结构阵列包括若干三维结构，所述若干三维结构的尺寸和形状由所述水溶性晶体颗粒的尺寸和形状确定。

所述的可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，所述衬底为玻璃、蓝宝石、石英和硅片中的一种。

所述的可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，聚集在衬底上的飞秒激光满足：扫描速度为400mm/s，波长为535nm，功率为3000～5000mW，扫描次数为3～6次。

所述的可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，所述将飞秒激光聚集在衬底上的步骤之前包括：

对衬底进行抛光处理；

对抛光处理后的衬底进行洗涤和干燥。

所述的可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，聚集在三维结构阵列上的飞秒激光满足：扫描速度为400mm/s，波长为535nm，功率为1500～3000mW，扫描次数为1～2次。

所述的可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，所述水溶性晶体颗粒为金属有机框架材料、磁性材料、氧化物和硫化物中的一种或多种。

所述的可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，所述加热处理的温度为30℃～80℃，所述加热处理的时间为5～10min。

所述的可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，所述若干三维结构的形状为半球形、四面体、八面体和十六面体中的一种或多种。

所述的可控晶面取向的薄膜材料的制备方法，其中，所述若干三维结构的高度为0.03～0.06mm，所述若干三维结构的长度和宽度大于或等于0.2mm且小于或等于所述水溶性晶体颗粒的长度和宽度。