CN102400213A - 外延生长氧化铝单晶薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的外延生长氧化铝单晶薄膜的方法，采用的是脉冲激光沉积法。靶材是氧化铝粉末液压成型的陶瓷靶，然后在脉冲激光沉积装置的生长室中，以纯O2为生长气氛，控制O2压强0.5~5Pa，激光频率为3~10Hz，生长温度为450~650℃，在蓝宝石衬底上生长氧化铝单晶薄膜。本发明方法可以实现氧化铝单晶薄膜在蓝宝石衬底上的外延生长。采用本发明方法制备的氧化铝单晶薄膜具有良好的重复性和稳定性。
Description
技术领域：
本发明涉及单晶薄膜制备的方法，尤其是外延生长氧化铝单晶薄膜的方法。
背景技术：
氧化铝薄膜具有众多优点，如光学性能好、机械强度与硬度高、透明性与绝缘性好、耐磨、抗蚀及化学惰性等，倍受人们的关注。在机械、微电子、光学、化工、医学等许多领域有着广泛的应用。因此，科技工作者对氧化铝薄膜的研究和开发工作就一直没有停止过。起初氧化铝薄膜的制备是通过工业CVD法，但是CVD沉积法对温度要求很高，一般超过1000℃，限制了在碳化物衬底等一些不耐高温的表面上沉积氧化铝的应用。于是，人们不断进行试验研究试图在PVD领域中找到一种低温、高速的沉积法。脉冲激光沉积法具有沉积参数易控、易保持薄膜与靶成分一致、生长的薄膜质量好等优点，具有广阔的应用前景，目前为止，还没有使用脉冲激光沉积法在蓝宝石上外延生长氧化铝单晶薄膜。
发明内容：
本发明的目的是实现氧化铝单晶薄膜的外延生长，提供一种在蓝宝石上外延氧化铝单晶薄膜的生长方法。
本发明采用的技术方案为：
外延生长氧化铝单晶薄膜的方法：采用脉冲激光沉积法，包括如下步骤：
1）称量氧化铝粉末，然后液压成型，制得靶材；
2）将清洗后的衬底放入脉冲激光沉积装置的生长室中，靶材与衬底之间的距离为4.5～5.5 cm, 生长室背底真空度抽至1×10-4～1×10-3 Pa，然后加热衬底，使衬底温度为450~750 ℃，以纯O2为生长气氛，控制O2压强0.5~5 Pa，激光频率为3~10 Hz, 激光能量为250～350 mJ，进行生长，生长后的薄膜以3～10℃/min冷却至室温。
所述的衬底是蓝宝石。
所述氧化铝粉末的纯度为99.99%。
本发明通过在蓝宝石衬底上外延生长氧化铝单晶薄膜，其生长的时间由所需的厚度决定。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过在蓝宝石衬底上外延生长氧化铝单晶薄膜，其生长的时间由所需的厚度决定；可以实现氧化铝单晶薄膜的外延生长；制备的氧化铝单晶薄膜具有良好的重复性和稳定性。
附图说明：
图1是本发明方法采用的脉冲激光沉积装置示意图, 图中：1为激光器；2为生长室；3为靶材；4为衬底；
图2是实施例2的氧化铝单晶薄膜的x射线衍射(XRD)图谱。
具体实施方式：
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1
1）取纯度为99.99%氧化铝粉末，将粉末在高温下液压成厚度为3 mm，直径为50 mm的圆片，得到靶材。
2) 以蓝宝石为衬底，将衬底表面清洗后放入脉冲激光沉积装置的生长室中，生长室背底真空度抽至1×10-4 Pa，然后加热衬底，使衬底温度为450℃，以氧化铝陶瓷靶为靶材，调整衬底和靶材的距离为4.5 cm，以纯O2为生长气氛，控制O2压强0.5 Pa，激光频率为3 Hz, 激光能量为250 mJ，生长的时间为30 min。生长后以3 ℃/min的速率冷却到室温，得到氧化铝单晶薄膜。
实施例2
1）取纯度为99.99%氧化铝粉末，将粉末在高温下液压成厚度为3 mm，直径为50 mm的圆片，得到靶材。
2) 以蓝宝石为衬底，将衬底表面清洗后放入脉冲激光沉积装置的生长室中，生长室背底真空度抽至5×10-4 Pa，然后加热衬底，使衬底温度为600℃，以氧化铝陶瓷靶为靶材，调整衬底和靶材的距离为5 cm，以纯O2为生长气氛，控制O2压强2 Pa，激光频率为5 Hz, 激光能量为300 mJ，生长的时间为30 min。生长后以5℃/min的速率冷却到室温，得到氧化铝单晶薄膜。
制得的氧化铝单晶薄膜其x射线衍射(XRD)图谱见图2。
实施例3
1）取纯度为99.99%氧化铝粉末，将粉末在高温下液压成厚度为3 mm，直径为50 mm的圆片，得到靶材。
2) 以蓝宝石为衬底，将衬底表面清洗后放入脉冲激光沉积装置的生长室中，生长室背底真空度抽至1×10-3 Pa，然后加热衬底，使衬底温度为750℃，以氧化铝陶瓷靶为靶材，调整衬底和靶材的距离为5.5 cm，以纯O2为生长气氛，控制O2压强5 Pa，激光频率为10 Hz, 激光能量为350 mJ，生长的时间为30 min。生长后以10℃/min的速率冷却到室温，得到氧化铝单晶薄膜。
上述实施例仅为本发明的较佳的实施方式，除此之外，本发明还可以有其他实现方式。需要说明的是，在没有脱离本实用新型构思的前提下，任何显而易见的改进和修饰均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.外延生长氧化铝单晶薄膜的方法，其特征在于：采用脉冲激光沉积法，包括如下步骤：
1）称量氧化铝粉末，然后液压成型，制得靶材；
2）将清洗后的衬底放入脉冲激光沉积装置的生长室中，靶材与衬底之间的距离为4.5～5.5 cm, 生长室背底真空度抽至1×10-4～1×10-3 Pa，然后加热衬底，使衬底温度为450~750 ℃，以纯O2为生长气氛，控制O2压强0.5~5 Pa，激光频率为3~10 Hz, 激光能量为250～350 mJ，进行生长，生长后的薄膜以3～10℃/min冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的外延生长氧化铝单晶薄膜的方法，其特征在于：所述的衬底是蓝宝石。
3.根据权利要求1所述的外延生长氧化铝单晶薄膜的方法，其特征在于：所述氧化铝粉末的纯度为99.99%。
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