[發(fā)明專利]一種鉭酸鋰薄膜離子束增強沉積制備工藝方法

無效

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• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102943244A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設計）人: 張德銀;李坤;彭衛(wèi)東;錢偉;包勇;王宇;張熙;高峰;趙國柱
• 申請（專利權）人: 中國民用航空飛行學院
• 主分類號: C23C14/46
• 分類號: C23C14/46;C23C14/08;C23C14/58;C23C14/34
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技術領域

本發(fā)明涉及功能薄膜制備工藝，特別涉及一種鉭酸鋰薄膜的離子束增強沉積制備工藝方法。

背景技術

紅外成像探測器是紅外熱像儀的核心關鍵性部件，用于將不可見的紅外輻射轉換成可測量的信號。近二十年來發(fā)展的非致冷紅外探測器，突破了致冷型探測器室溫下必須制冷才能工作的限制，使成像系統(tǒng)成本和組件的復雜性大大降低，由于其高性價比符合民用市場的需求，已經(jīng)在紅外技術中起著非常重要的作用。熱釋電型紅外探測器是非制冷紅外探測器中的一種，依靠材料本身的熱釋電效應探測紅外信號。熱釋電效應是指熱釋電材料為保持表面電中性，表面吸附有電荷(電子)，由于材料受紅外熱輻射產(chǎn)生溫度變化時，材料的電偶極矩發(fā)生變化，為保持電中性，材料表面會釋放電荷，故稱熱釋電現(xiàn)象。熱釋電材料的熱電效應已經(jīng)在非致冷紅外探測器領域廣泛應用。近年來，隨著制備技術的發(fā)展和提高，具有良好熱釋電性的材料，比如TGS系列材料，鉭酸鋰系列材料，PVDF系列材料，鉛基PZT系列材料，BST系列材料等，逐步發(fā)展成為非致冷的熱釋電紅外探測器的常用材料。鉭酸鋰(LiTaO₃)材料是一種具有重要的應用價值的多功能材料，它具有良好的熱釋電、鐵電、壓電、電光和非線性光學等特性，是優(yōu)良的熱釋電紅外探測材料。然而鉭酸鋰晶體材料制備非致冷紅外焦平面陣列存在一些難以克服的問題，如熱像元與讀出電路工藝不兼容、熱像元與讀出電路的焊接困難等阻礙了高性能、高密度、大面積的熱釋電型紅外焦平面陣列的制作；另外鉭酸鋰晶體材料受限于幾何厚度較大、熱傳導損失嚴重等因素，很難制造得到1～2μm或以下的厚度的熱釋電晶體薄片，并不適合高性能系統(tǒng)方面的應用。

綜上原因，發(fā)展了薄膜型鉭酸鋰薄膜探測器用以克服上述缺陷，制備鉭酸鋰薄膜的方法有很多，如化學氣相沉積(CVD)、射頻磁控濺射、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)，脈沖激光沉積(PLD)和溶膠-凝膠(So1-Gel)工藝，分子束外延(MBE)等。總體上講，目前鉭酸鋰薄膜紅外探測器性能還不如鉭酸鋰晶體紅外探測器性能。目前鉭酸鋰薄膜制備研究中最成功的兩種方法是濺射法和溶膠凝膠法。然而采用射頻磁控濺射法制作器件過程中鉭酸鋰陶瓷靶往往不是按預計的Li⁺、Ta⁺⁵化學計量比濺射沉積，所以薄膜晶體的微結構和大面積生長薄膜一致性有待提高。用溶膠凝膠法制備時，鉭酸鋰溶膠的配制工藝非常難掌握；最困難的是鉭酸鋰(LiTaO₃)薄膜器件的泄漏電流較大，在極化過程中難以承受高極化電壓，非常容易造成薄膜器件的擊穿，使器件制作失敗。所以，高性能的鉭酸鋰紅外敏感薄膜及其器件制備工藝研究目前還處于實驗室摸索階段。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有方法所制備的鉭酸鋰(LiTaO₃)薄膜的不足，提供了一種新的能夠制備致密且漏電小、介電損耗小，剩余極化強度相對較大的鉭酸鋰(LiTaO₃)薄膜的干法制備工藝，采用離子束增強沉積(IBED-Ion?Beam?Enhanced?Deposition)方法，在Pt/Ti/S?iO₂/S?i襯底上濺射沉積制得了均勻、致密、與襯底粘附良好、與CMOS工藝兼容、低介電損耗、低漏電、高剩余極化強度的鉭酸鋰薄膜。

離子束增強沉積鉭酸鋰薄膜：

步驟一：濺射前將用酒精將離子束增強沉積設備IBED-C600M腔體擦拭干凈并保持設備腔體自然干燥，使酒精分子自然溢出，并安裝好濺射靶；

步驟二：用去離子水將襯底片Pt/Ti/SiO₂/Si清洗干凈，然后用丙酮擦拭干凈，清洗干凈并自然晾干后放入沉積腔體樣品臺。

步驟三：利用真空泵將腔體抽真空，沉積開始前要求本底真空度到達5×10^-3pa。

步驟四：當真空到達沉積要求時，可以開始準備濺射沉積，沉積之前用輔助離子源Ar氣對樣品襯底表面進行清理，轟擊掉樣品襯底上的雜質；樣品自轉角速度10～20r/min；氬氣流速10～20cm³/s；燈絲電流8～13A；陽極電流0.8～1.2A；抑制電壓90～110V；濺射源高壓：2400～2600V；高壓電流60～70mA；襯底表面輔助清理時間為4～5min。