[发明专利]一种在硅基片上生长单一取向的锆钛酸铅薄膜的方法

摘要

本发明涉及铁电-半导体异质结领域。本发明以超薄氧化硅作缓冲层，通过对其厚度、激光沉积参数及沉积温度等因素的控制，用脉冲激光沉积设备实现PZT薄膜在硅基片上的取向生长。本发明工艺简单可靠，样品重复性好，获得的取向生长PZT薄膜具有良好的铁电性能，可用于铁电-半导体集成器件，便于进行铁电-半导体异质结的研究，为器件走向大批量生产提供了方便，为进一步沉积具有相似晶格结构的其他氧化物薄膜提供了方便。

主权项

1，一种在硅基片上生长单一取向的锆钛酸铅薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)清洗基片：分别用分析纯三氯乙烯、分析纯丙酮、分析纯酒精在超声清洗仪中对切好的(100)取向的Si基片进行5分钟以上的超声清洗，然后在通风橱中先后在体积配比为：HCl∶H2O2∶H2O＝1∶1∶5和NH3·H2O∶H2O2∶H2O＝1∶1∶5的清洗液中煮沸5～10分钟，以上清洗以目测基片表面无可观察到的污染物即可，否则应重复进行上述过程，最后在通风橱中用体积比为：HF∶H2O＝1∶9的分析纯氢氟酸腐蚀液去除表面氧化层；(2)制备氧化硅缓冲层：将经步骤(1)清洗过的Si基片吹干后置于镀膜室的基片台上，对镀膜室抽真空至P＜2×10-3Pa，以低于2000℃/小时的速率将基片温度升至900～930℃，在该温度下烘烤15分钟以上，然后在820～850℃，1～1.2atm的高纯氧气气氛中，用热氧化中的干氧氧化的方法制备SiO2缓冲层，氧化时间为1～30分钟；(3)制备PZT薄膜：氧化完毕后，将温度降至PZT的沉积温度700～750℃，用脉冲激光沉积法制备PZT薄膜，各参数分别为：激光能量：300～650mJ/脉冲，脉冲频率：1～10Hz，激光能量密度：1.2～2.5J/cm2，靶到基片距离：4.5～5cm，沉积气压：40Pa～50Pa，沉积前充入一定的高纯氧，并使用微调阀使其有一定的流速，调节充氧速度以保证具有稳定气压的沉积气氛，沉积完毕后，在沉积温度700～750℃下保温10～20分钟，尽快将温度降至PZT的居里点附近，降温速率以薄膜不因热失配而出现裂纹为准，以60～100℃/小时的降温速率缓慢通过居里点，然后随炉降至室温。