[發明專利]一種外延錫酸鍶鈷薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201610199934.1
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN107287563A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 高相東;虎學梅;李效民
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C14/28
• 分類號: C23C14/28;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)31261
• 代理人: 曹芳玲,鄭優麗

技術領域

本發明屬于半導體氧化物薄膜材料領域，具體涉及一種在單晶襯底上制備外延錫酸鍶鈷薄膜的方法。

背景技術

堿土金屬錫酸鹽MSnO₃(M＝Sr，Ba，Ca)是一類具有鈣鈦礦晶體結構和優異介電、傳感等性能的新型半導體材料，在電容器、濕度傳感器、太陽能電池等諸多領域都有廣泛應用。對MSnO₃結構進行金屬離子摻雜以改善其光學、電學性能是該領域的研究熱點，如金屬元素La、Sb、Er等分別被摻入MSnO₃的M位或Sn位，以調控其光學、電學和磁學性能。三種堿土金屬錫酸鹽中，SrSnO₃材料具有更高的光學帶隙(4.27eV)，因此得到的關注更多，研究重點是通過摻雜制備透明導電氧化物薄膜。如Liu QZ采用脈沖激光沉積方法在STO(001)襯底上制備了Sb摻雜的SrSnO₃薄膜(J Applied Phys.2008；103:0937091-4)，以及Nd摻雜的SrSnO₃薄膜(Thin Solid Films.2011；519:6059–63)，二者均具有良好的導電性和透明特性。另外，文獻(Journal Exploring the Frontiers of Physics.2014；108:37003P1-5.)報道了在單晶氧化鎂襯底上外延生長SrSn_1-xFe_xO₃薄膜、具有可調光學帶隙的研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高結晶質量及良好光學、電學性能的新型薄膜材料及外延制備技術，拓寬堿土金屬錫酸鹽的應用范圍和領域。

本發明提供了一種外延錫酸鍶鈷薄膜，以鈣鈦礦結構的單晶或立方結構的單晶為襯底，采用脈沖激光沉積技術在所述襯底上沉積外延錫酸鍶鈷薄膜，所述外延錫酸鍶鈷薄膜的化學組成為SrSn_1-xCo_xO₃，0＜x＜1，其中Co原子取代SrSnO₃中的Sn位。

SrSnO₃(M＝Sr，Ba，Ca)是一類具有鈣鈦礦晶體結構和優異介電、傳感等性能的新型半導體材料，在電容器、濕度傳感器、太陽能電池等諸多領域都有廣泛應用。Co摻雜可能在一定程度上弱化薄膜結晶質量，同時可改變薄膜能帶結構，從而影響其光學透過率、禁帶寬度和介電等特性，獲得本征SrSnO₃體系所不具備的一些獨特性能。

較佳地，0.1≤x≤0.5。

較佳地，所述外延錫酸鍶鈷薄膜的厚度為10～1000nm。

較佳地，所述外延錫酸鍶鈷薄膜的表面粗糙度為0.1～1nm。

本發明還提供了一種外延錫酸鍶鈷薄膜的制備方法，包括：

(1)選取錫酸鍶鈷為靶材，利用脈沖激光沉積技術在預處理后的襯底表面進行薄膜生長；

(2)將(1)所得薄膜在一定氣氛下進行熱處理。

較佳地，步驟(1)中所述的預處理包括：將襯底依次在去離子水、乙醇、丙酮中超聲清洗，每次持續時間1～60min，優選10～30min，最后在干燥的氮氣下吹干。

較佳地，步驟(1)中所述襯底為鈣鈦礦結構的單晶或立方結構的單晶，優選為鈦酸鍶(SrSnO₃)、鋁酸鑭(LaAlO₃)、鐵酸鑭(LaFeO₃)、鋯鈦酸鉛(PbZrTiO₃)、鈮鎂酸鉛(PMN-PT)、氧化鎂(MgO)中的一種。

較佳地，步驟(1)中所述脈沖激光沉積技術的參數為：氧壓范圍為0.0001～1Pa，襯底溫度為20～800℃，激光功率為100～300mJ/cm²，頻率為0.1～50Hz，優選為1-20Hz薄膜生長時間為1分鐘～10小時，優選為0.5-2小時。

較佳地，步驟(2)中所述熱處理為在500～1300℃下煅燒1～24小時。

較佳地，步驟(2)中所述氣氛為真空、空氣、氧氣、氮氣或氬氣。