[发明专利]一种具有稀磁特性锡酸钡薄膜的制备方法

说明书

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种具有稀磁特性锡酸钡薄膜的制备方法。本发明采用磁控溅射方法在衬底上沉积锡酸钡薄膜；先预溅射去除锡酸钡靶材表面的杂质，控制真空度，气体氛围调整为氩气氧气混合气，衬底温度维持室温，采用磁控溅射法在衬底上沉积锡酸钡薄膜；然后将锡酸钡薄膜样品放入退火炉中。采用真空退火处理或纯氧条件退火处理方法进行退火热处理。将不同热处理条件的锡酸钡薄膜样品放入震动样品磁强计进行磁性参数测量。测出的数据表明制备的锡酸钡薄膜具备室温下的稀磁特性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种具有稀磁特性锡酸钡薄膜的制备方法。

背景技术

稀磁半导体具有许多新的物理效应，可以制成各种新型的功能器件，如稀磁半导体超晶格和量子阱等，稀磁半导体的研究与生长为不同波段的可见光发光和激光器的发展提供了可行性。稀磁半导体兼具半导体和磁性材料的性质，使得同时利用半导体中的电子电荷与电子自旋成为可能，为开辟半导体技术新领域以及制备新型电子器件提供了条件。稀磁半导体在高密度非易失性存储器、磁感应器和半导体电路的集成电路、光隔离器件和半导体激光器集成电路以及量子计算机等领域上有很好的应用前景。

在自旋电子学领域，设计室温下带有铁磁极化载流子的半导体很重要。对基于自旋的量子信息器件的理解依赖于各种纳米级半导体结构的改进，允许量子控制自旋态的完美隔离和相干控制。锡酸钡作为一种新型功能氧化物材料，其单晶体的室温电子迁移率高达300cm²/V.S，光学带隙宽达3.7eV，在非易失性存储器、透明电子元器件等上具有应用价值。满足化学计量元素比的本征锡酸钡材料呈抗磁特性，为实现锡酸钡材料稀磁特性应用，找到一种高效、低温的制备方法，从而制备出具备室温铁磁特性的锡酸钡薄膜材料，对锡酸钡薄膜后续相关器件的开发，具有重要的应用价值。

本发明对三元材料锡酸钡薄膜中的锡、钡和氧元素组分的调控，使得锡酸钡薄膜在室温下呈现出稀磁特性，从而在量子计算机领域实现未来应用。

发明内容

本发明提供了一种具有室温下稀磁特性的锡酸钡薄膜的制备方法。本发明主要采用了锡酸钡薄膜的元素组分调节技术，即调整制备的锡酸钡薄膜中锡、钡和氧元素的组成比例。其具体技术方案为：采用化学元素计量比为Ba:Sn:O＝1.0:1.0:3.0的锡酸钡陶瓷材料作为靶材；利用磁控溅射方法，在室温衬底上沉积锡酸钡薄膜，并结合热处理技术，从而获得与靶材化学元素计量比不一样的锡酸钡薄膜，使薄膜具备室温下的稀磁特性。

本发明采用的技术方案为：

1.衬底清洗：

将石英、玻璃、硅片等衬底切割成不小于1×1cm²尺寸，放入烧杯盛放的无水酒精里，然后利用超声机超声清洁5-10分钟，利用干燥空气吹干后放入磁控溅射真空腔内。

2.磁控溅射沉积锡酸钡薄膜：

2.1磁控溅射靶材预溅射

预溅射的目的是去除锡酸钡靶材(BaSnO₃)表面的杂质。使用机械泵和分子泵抽真空，使得真空腔体背景真空优于2×10^-4Pa；然后预溅射锡酸钡陶瓷靶材10分钟，预溅射的工艺条件为：射频功率50瓦，氩气气氛，真空腔内真空度维持在1Pa。

2.2磁控溅射沉积锡酸钡薄膜

工艺条件为：射频功率50瓦，真空内的气体氛围调整为氩气氧气混合器并使混合气的氧分压占比在0-90％，真空度维持在0.1-10Pa；然后，打开靶材和衬底之间的挡板，衬底温度维持室温，在衬底上形成锡酸钡薄膜，薄膜厚度50-100nm，沉积时间为20-60分钟。

完成锡酸钡薄膜沉积后，顺次关闭磁控溅射系统的分子泵、机械泵，向真空腔内充入干燥氮气直至达到大气压力为止，然后从真空腔内取出锡酸钡薄膜样品。