[發(fā)明專利]一種采用原子層沉積法制備鰭式三維多鐵異質(zhì)結(jié)的方法

有效

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• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN107134524B
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張易軍;劉明;任巍;葉作光;張樂
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L43/12
• 分類號(hào): H01L43/12;C23C16/40;C23C16/455
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發(fā)明公開了一種采用原子層沉積法制備鰭式三維多鐵異質(zhì)結(jié)的方法，利用微納加工技術(shù)將鐵電單晶基片加工成鰭式三維納米結(jié)構(gòu)，并利用原子層沉積的出色三維保形均勻性，以價(jià)格低廉的二茂鐵和氧氣作為鐵和氧前驅(qū)體源，使用原子層沉積ALD設(shè)備在具有鰭式三維結(jié)構(gòu)的鐵電單晶基片上原位生長出100％均勻和保形的Fe₃O₄薄膜形成鰭式三維多鐵異質(zhì)結(jié)。將微納加工技術(shù)和原子層沉積這樣兩種技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，突破了現(xiàn)有多鐵異質(zhì)結(jié)還停留在平面結(jié)構(gòu)和宏觀尺寸的局限，這對多鐵異質(zhì)結(jié)走向三維化，微型化的和與現(xiàn)有主流微電子器件的兼容具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多鐵異質(zhì)結(jié)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用原子層沉積法制備鰭式三維多鐵異質(zhì)結(jié)的方法。

背景技術(shù)

隨著微電子與半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維化、微型化、可調(diào)節(jié)化與多功能化已成為當(dāng)前電子元器件設(shè)計(jì)和開發(fā)的新趨勢。探索和開發(fā)與其相關(guān)的新型智能多尺度材料，特別是滲透于現(xiàn)代技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域的集電性與磁性于一身的多鐵性材料已成為最近十年的研究熱點(diǎn)。多鐵性材料不但同時(shí)具備兩種或三種單一鐵性(如鐵電性、鐵磁性和鐵彈性)，通過鐵性的耦合協(xié)同作用能產(chǎn)生一些新的功能，如鐵電和鐵磁之間存在磁電耦合效應(yīng)，使電控磁或磁控電成為可能。此外，多鐵材料還能實(shí)現(xiàn)磁場對介電常數(shù)或電容的調(diào)控作用。目前，雖然已經(jīng)有許多單相多鐵材料被研究者所發(fā)現(xiàn)，但相比于單相多鐵材料在室溫下的弱磁電耦合效應(yīng)，人工構(gòu)建的層合多鐵異質(zhì)結(jié)不僅在材料組合和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有更好的可選性和靈活性，而且可實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的磁電耦合效應(yīng)并產(chǎn)生新穎的物理現(xiàn)象和調(diào)控機(jī)制，特別是界面處的電子自旋、電荷、軌道以及晶格之間存在著復(fù)雜的相互作用，將會(huì)導(dǎo)致許多新的磁電物理現(xiàn)象，有望實(shí)現(xiàn)集磁電于一身的新一代多功能器件，使其在新一代的存儲(chǔ)器、傳感器、微波器件等領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用前景。所以，我們需要打破現(xiàn)有制備技術(shù)的局限，設(shè)計(jì)和構(gòu)建出三維多鐵異質(zhì)結(jié)，這對于解決多鐵異質(zhì)結(jié)與微電子器件的集成和技術(shù)銜接等關(guān)鍵問題具有重要意義。因此，如何立足于應(yīng)用層面，從器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能需求出發(fā)，構(gòu)建出具有三維層合結(jié)構(gòu)的多鐵異質(zhì)結(jié)是本發(fā)明的核心。然而，迄今為止，制備磁性氧化物薄膜的方法主要有以下幾種：(1)脈沖激光沉積法(PLD)，此方法工藝比較簡單，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量好，但是大面積均勻性和膜厚精確可控性較差，而且無法實(shí)現(xiàn)三維均勻保形覆蓋。(2)磁控濺射是最常用的磁性氧化物薄膜生長方法，此方法具有較好的平面均勻性和成膜質(zhì)量，然而在薄膜厚度精確控制方面無法實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)的精確可控，尤其是在具有復(fù)雜三維納米結(jié)構(gòu)的襯底上無法實(shí)現(xiàn)三維均勻保形覆蓋。(3)利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法能夠制備具有一定三維均勻性的Fe₃O₄薄膜，但是CVD仍然無法實(shí)現(xiàn)薄膜厚度精確可控和在具有較大深寬比的三維結(jié)構(gòu)沉積均勻保形覆蓋磁性薄膜。綜上所述，現(xiàn)有制備磁性薄膜的傳統(tǒng)方法均有膜厚無法精確控制和無法實(shí)現(xiàn)三維均勻保形覆蓋的瓶頸性難題。構(gòu)建三維多鐵異質(zhì)結(jié)最關(guān)鍵問題是實(shí)現(xiàn)磁性薄膜和鐵電薄膜在三維結(jié)構(gòu)上的保形生長，所以只有開發(fā)一種具有100％三維均勻的新技術(shù)，才能夠突破目前脈沖激光沉積、化學(xué)氣相沉積和磁控濺射等傳統(tǒng)技術(shù)的局限，構(gòu)建出三維多鐵異質(zhì)結(jié)。兼顧三維均勻性和兼容性考慮，原子層沉積技術(shù)成為構(gòu)建三維層合多鐵異質(zhì)結(jié)的首選技術(shù)。