[發(fā)明專(zhuān)利]用于制備BiGaO3薄膜的真空反應(yīng)腔

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710579316.4
• 申請(qǐng)日: 2015-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107475688B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志亮;尹海宏;宋長(zhǎng)青
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/40
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/40;C23C16/52
• 代理公司: 南京同澤專(zhuān)利事務(wù)所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

一種用于制備BiGaO₃薄膜的真空反應(yīng)腔，包括有多個(gè)分隔空間，分別用于通入鉍前驅(qū)體氣體、鎵前驅(qū)體氣體、氧前驅(qū)體氣體、惰性氣體；BiGaO₃薄膜材料采用前驅(qū)體自限制性表面吸附反應(yīng)得到，化學(xué)吸附反應(yīng)在真空反應(yīng)腔中進(jìn)行。通過(guò)采用本發(fā)明的制備BiGaO₃薄膜材料的方法，可以實(shí)現(xiàn)BiGaO₃薄膜生長(zhǎng)厚度的精確可控，且BiGaO₃薄膜表面平整度大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。由于各種氣體的通入是連續(xù)不斷、且流速恒定，薄膜的厚度僅取決于襯底轉(zhuǎn)過(guò)的次數(shù)，工藝變得極為簡(jiǎn)單、可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于制備BiGaO₃薄膜的真空反應(yīng)腔。

背景技術(shù)

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮镃N201510766399.9的分案申請(qǐng)。

近來(lái)人們發(fā)現(xiàn)鉍基鐵電材料如鐵酸鉍(BiFeO₃)、鈦酸鉍(Bi₄Ti₃O₁₂)、鋁酸鉍(BiAlO₃) 等鈣鈦礦或贗鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電氧化物具有漏電小、抗疲勞特性強(qiáng)、介電常數(shù)大以及對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)而備受關(guān)注。近年來(lái)，人們對(duì)鐵酸鉍(BiFeO₃)和鈦酸鉍(Bi₄Ti₃O₁₂)的設(shè)計(jì)、制備、物理化學(xué)性質(zhì)及在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用有了普遍的認(rèn)識(shí)和理解，2005年Baettig等人從理論上預(yù)言了鎵酸鉍(BiGaO₃)同樣具有優(yōu)異的鐵電性能，然而目前人們對(duì)鎵酸鉍(BiGaO₃) 材料的制備技術(shù)還極為缺乏，僅有報(bào)導(dǎo)采用高溫高壓固相反應(yīng)法(壓強(qiáng)GPa量級(jí)、溫度為一千多攝氏度)制備得到鎵酸鉍(BiGaO₃)的塊體材料，而這樣高溫、高壓生產(chǎn)條件，顯然不適合運(yùn)用于微電子行業(yè)進(jìn)行器件、集成電路的生產(chǎn)，其塊體材料也無(wú)法應(yīng)用于越來(lái)越微型化、集成度越來(lái)越高的微電子領(lǐng)域，而適用于微電子領(lǐng)域的鎵酸鉍薄膜的制備工藝尚未有報(bào)導(dǎo)。在文獻(xiàn)CN103880078A中，我們已經(jīng)公開(kāi)了一種采用化學(xué)溶液旋涂法制備GaBiO₃薄膜材料的方法。然而，在制備大面積高厚度均勻性、厚度納米級(jí)精確可控性方面，化學(xué)溶液旋涂法實(shí)在無(wú)能為力，與半導(dǎo)體制造工藝也難以集成、兼容。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可精確控制薄膜厚度的空間分離式自限制性表面吸附反應(yīng)制備的BiGaO₃薄膜材料的方法及其真空反應(yīng)腔。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的具體技術(shù)方案是：

一種BiGaO₃薄膜材料的制備方法，包括但不限于以下具體步驟：

A)將清洗潔凈的襯底材料用惰性氣體吹干，放置入襯底托盤(pán)中；

B)托盤(pán)連同襯底移入真空反應(yīng)腔，開(kāi)啟真空泵對(duì)真空反應(yīng)腔進(jìn)行抽真空；

C)對(duì)真空腔進(jìn)行加熱，使真空腔中的托盤(pán)和襯底的溫度在整個(gè)薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中維持在一個(gè)合適的溫度窗口；

所選擇的合適的溫度窗口是指：在合適的溫度范圍內(nèi)，即襯底的溫度高于一個(gè)溫度下限而低于一個(gè)溫度上限，且前驅(qū)體氣體供應(yīng)的流速大于最低限值的情況下，薄膜的生長(zhǎng)速率為一個(gè)基本恒定的值，薄膜的生長(zhǎng)速率與前驅(qū)體氣體供應(yīng)的流速、載氣即惰性氣體的流速、前驅(qū)體的溫度、襯底的溫度、真空腔的分隔空間的真空度基本無(wú)關(guān)，這里所述的“基本無(wú)關(guān)”是指：即使薄膜的生長(zhǎng)速率在此溫度窗口中有波動(dòng)，也是輕微波動(dòng)，當(dāng)生長(zhǎng)溫度超出此溫度窗口即低于溫度下限或高于溫度上限，薄膜的生長(zhǎng)速率會(huì)顯著地增加或減小；

在溫度窗口內(nèi)，沉積速率不隨溫度變化；當(dāng)溫度不夠高時(shí)，前驅(qū)體冷凝引起多層吸附導(dǎo)致過(guò)高的沉積速率，或?qū)е挛讲煌耆磻?yīng)活性差；溫度過(guò)高時(shí)前驅(qū)體分解導(dǎo)致額外的CVD 式生長(zhǎng)，或由于過(guò)高的熱動(dòng)能，前驅(qū)體解吸附；