[發明專利]一種金屬摻雜的二硼化鋯薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110560481.1
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113293353B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 孟瑜;彌娟莉;劉明霞;張秀萍;徐可為
• 申請（專利權）人: 西安文理學院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種金屬摻雜二硼化鋯薄膜及其制備方法，以金屬靶和ZrB₂復合靶作為靶材，通過磁控濺射方法在硅基底上沉積金屬元素摻雜的ZrB₂薄膜；所述金屬元素為比Zr和B更容易被氧化的金屬。本發明采用磁控共濺射技術在ZrB₂薄膜中引入容易吸氧的金屬元素，從而降低氧對ZrB₂薄膜的影響，使Zr、B原子比例趨近化學計量比，避免生成ZrO₂和B₂O₃，調整薄膜的結晶度，改變了薄膜的化學成分和微觀結構，降低了薄膜中的O含量，降低了薄膜電阻，實現薄膜組分和微觀組織結構的可控制備。

技術領域

本發明屬于功能薄膜制備技術領域，具體涉及一種金屬摻雜的二硼化鋯薄膜及其制備方法。

背景技術

二硼化鋯因具有高熔點(3245℃)、高硬度(22GPa)、低熱膨脹系數(5.9×10^-6℃^-1)和低電阻率(4.6μΩ·cm)等優點，可用作高溫結構陶瓷材料、薄膜材料、復合材料、電極材料等。常用的ZrB₂薄膜的制備方法為化學氣相沉積(CVD)法和磁控濺射技術。然而，利用CVD制備的ZrB₂薄膜因具有較高含量的C和O元素而具有較高的電阻率，且內部結構較疏松，影響其使用性能。相比于CVD方法，磁控濺射技術是一種更具應用前景的沉積方法，具有薄膜表面平整、結合力好、厚度均勻、結構致密、可控性更高的特點。

但是在磁控濺射制備ZrB₂薄膜過程中，Zr與B都對O原子具有極強的親和力，導致所制得的薄膜容易被氧化，更傾向于生成ZrO₂和B₂O₃，而非具有化學計量比的ZrB₂，且ZrO₂與ZrB₂具有不同的晶體結構，電阻率高，顯著影響了二硼化鋯薄膜的電學特性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬摻雜二硼化鋯薄膜及其制備方法，降低了薄膜電阻，提高了電學特性。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種金屬摻雜的二硼化鋯薄膜的制備方法，以金屬靶和ZrB₂復合靶作為靶材，通過磁控濺射方法在硅基底上沉積金屬元素摻雜的ZrB₂薄膜；所述金屬元素為比Zr和B更容易被氧化的金屬。

優選的：所述金屬元素為Al或Ta。

進一步的：所述金屬元素為Al，金屬靶和ZrB₂復合靶濺射功率的比值為(30～50)：80。

進一步的：所述金屬元素為Ta，金屬靶和ZrB₂復合靶濺射功率的比值為(30～50)：100。

優選的：金屬靶材采用射頻濺射，ZrB₂復合靶采用直流濺射或射頻濺射。

優選的：所述硅基底為單面拋光的Si(100)基底。

優選的：磁控濺射前，對硅基底進行清洗預處理：將硅基底依次置于丙酮和乙醇中進行超聲清洗，然后在HF溶液中浸泡去除硅基底表面的氧化層。

優選的：沉積時間為30～120min。

采用所述的制備方法得到的金屬摻雜的二硼化鋯薄膜。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：