專利名稱：一種磁控濺射制備單一取向錳鈷鎳氧薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單ー取向錳鈷鎳氧薄膜的制作方法，更具體的說，涉及于ー種磁控濺射法制備(Iio)高度擇優(yōu)取向的Mnu6Coa96Nia48O4薄膜的方法。
背景技術(shù)：
Mn-Co-Ni-O系列材料是ー種具有很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)的熱敏材料。該類氧化物半導(dǎo)體材料因其性能穩(wěn)定，工作溫度寬的特點(diǎn)而獲得了很大的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于測(cè)溫、控溫、補(bǔ)償、穩(wěn)壓、遙控、流量、流速測(cè)量以及時(shí)間延遲設(shè)備中[見文獻(xiàn)I]。此外，該種材料具有寬廣的光譜響應(yīng)和性能長(zhǎng)期穩(wěn)定等優(yōu)異特性，在空間技術(shù)的低溫?zé)崦籼綔y(cè)和民用非制冷紅外探測(cè)方面有著十分重要應(yīng)用[見文獻(xiàn)2，3]。Mr^56Coa96Nia48O4 (下簡(jiǎn)稱MCN)則具有此類系列材料的最小的電阻率，因此在Mn-Co-Ni-O熱敏材料中占有重要地位。上海技術(shù)物理所黃志明帶領(lǐng)的研究小組等使用化學(xué)溶液法在熱壓氧化鋁襯底上成功制備了高質(zhì)量的MCN多晶薄膜，使此類熱敏探測(cè)器件的小型化和集成化成為了可能，極大地拓展了該材料的應(yīng)用前景[見文獻(xiàn)4]。隨著薄膜制備技術(shù)的發(fā)展，多元氧化物薄膜的生長(zhǎng)合成方法日趨多祥，選取適當(dāng)?shù)牟牧现苽浞椒梢缘玫酱竺娣e、厚度均勻的功能材料薄膜。多組分氧化物薄膜的制作方法主要有溶膠凝膠法、脈沖激光沉積和磁控濺射法等方法。溶膠凝膠法制備Mn-Co-Ni-O薄膜材料的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、化學(xué)計(jì)量比易控制；缺點(diǎn)在于材料質(zhì)量受制備エ藝條件和外界環(huán)境狀況的影響較大，具有很大的經(jīng)驗(yàn)性，制備參數(shù)難以量化。脈沖激光沉積利用高能聚焦激光脈沖束照射靶材表面，使靶材表面的薄層發(fā)生燒灼、形成余輝、在襯底上積聚成膜，其優(yōu)點(diǎn)在于制備出的薄膜的組分比和靶材的化學(xué)計(jì)量比保持一致，缺點(diǎn)在于膜表面常凝聚形成微細(xì)顆粒而使得表面質(zhì)量不理想，不利于制備大面積薄膜[5]。而利用磁控濺射方法制備薄膜，則具有薄膜成分致密均勻、成膜速度快、性能穩(wěn)定、薄膜附著強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。已有文獻(xiàn)報(bào)道利用磁控濺射法制作的NihC0xOv3 (0<χ<1)系列薄膜，其電導(dǎo)率相比溶膠凝膠法制備的薄膜的致密度更好、電導(dǎo)率更高[6]。用溶膠凝膠法生長(zhǎng)的MCN薄膜材料滿足了小批量的探測(cè)器件制備的要求，但其效率較低，制備周期長(zhǎng)且成膜質(zhì)量容易受環(huán)境影響。因此，從磁控濺射法的角度出發(fā)，發(fā)展一種快速制備較大面積MCN系列組分薄膜的方法，提高M(jìn)CN以及部分常用組分的熱敏薄膜材料的制備效率和成膜質(zhì)量，是ー種很有應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值的工作。然而目前，磁控濺射的 方法制備MCN材料方面鮮有報(bào)道或?qū)＠墨I(xiàn)可供參考。本專利將給出磁控濺射法制備(110)高度擇優(yōu)取向MCN薄膜的方法。應(yīng)用該法，可制備出大面積、致密性良好的MCN薄膜。相比溶膠凝膠法制備的多晶MCN薄膜，該法制作出的薄膜呈(110)高度擇優(yōu)取向，參數(shù)控制更精確，制備出的薄膜致密度更高。利用該法制作的MCN薄膜，可用于制造線列及面陣熱敏探測(cè)器件，以及制作微橋結(jié)構(gòu)和頂?shù)纂姌O結(jié)構(gòu)熱敏探測(cè)器件。以上所涉及的參考文獻(xiàn)如下
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種單ー取向錳鈷鎳氧薄膜的制作方法，解決了之前的化學(xué)溶液法中參數(shù)控制精度不高、成膜質(zhì)量易受環(huán)境影響的技術(shù)問題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(I)制備多晶靶材。采用溶膠凝膠法制備Mnu6Coa96Nia48O4的粉體及多晶靶材。按照金屬離子化學(xué)計(jì)量比Mn Co Ni=13:8:4的比例稱取醋酸鹽粉末，使用溶膠凝膠法制備得到錳鈷鎳氧粉體。取60g錳鈷鎳氧粉末，加入PVA粘j結(jié)劑，造粒，在40Mpa下壓制成素胚、分段脫膠后在1050攝氏度下烘燒10小吋，降溫至800攝氏度烘燒12小吋。隨爐冷卻后取出。打磨、拋光，制得直徑61毫米，厚度約為4毫米的，致密度較好的立方相尖晶石結(jié)構(gòu)的錳鈷鎳氧多晶靶材。(2)磁控濺射沉積錳鈷鎳氧薄膜。選用國(guó)產(chǎn)JPGF400B-G型高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。打開腔室，將清洗干凈的白寶石襯底片放置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面上，蓋上真空腔腔蓋。抽取背景真空至5X 10_4pa，通氬氣流。選取45度偏靶射頻濺射模式，濺射功率為60W-80W，工作電壓為220V，在純氬氣氛下進(jìn)行濺射。氬氣分壓為0. 4Pa，基片與靶材之的距離為25cm，薄膜生長(zhǎng)過程中襯底溫度為200攝氏度。根據(jù)濺射功率和濺射時(shí)間控制所制備薄膜的厚度在120nm到230nm之間。濺射完成后，關(guān)閉氬氣，關(guān)閉分子泵，緩慢降溫到150攝氏度。關(guān)閉機(jī)械泵，打開放氣閥。待旋轉(zhuǎn)臺(tái)面溫度降至室溫后將樣品取出。(3)退火處理。將獲得的薄膜及襯底片放置在快速退火爐中于750°C退火30分鐘至I個(gè)小吋。待爐體降至室溫后取出樣品片。


圖I為磁控濺射制備MCN薄膜的方法流程圖。圖2為在白寶石襯底片上濺射厚度分別為120nm、150nm和230nm的MCN薄膜的X射線衍射圖。分別經(jīng)過750攝氏度、30分鐘和750攝氏度、30分鐘，750攝氏度、60分鐘的退火處理，兩者的衍射圖均符合尖晶石結(jié)構(gòu)，且具有(110)高度擇優(yōu)取向。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例子I(I)制備多晶靶材。采用溶膠凝膠法制備Mnu6Coa96Nia48O4的粉體及多晶靶材。按照金屬離子化學(xué)計(jì)量比Mn Co Ni=13:8:4的比例稱取醋酸鹽粉末，使用溶膠凝膠法制備得到錳鈷鎳氧粉體。取60g錳鈷鎳氧粉末，加入PVA粘結(jié)劑，造粒，在40Mpa下壓制成素胚、分段脫膠后在1050攝氏度下烘燒10小吋，自然降溫至800攝氏度烘燒12小吋。隨爐冷卻后取出。打磨、拋光，制得直徑61毫米，厚度約為4毫米的，致密度較好的立方相尖晶石結(jié)構(gòu)的錳鈷鎳氧多晶靶材。(2)磁控濺射沉積錳鈷鎳氧薄膜。選用國(guó)產(chǎn)JPGF400B-G型高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。打開腔室，將清洗干凈的白寶石襯底片放置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面上，蓋上真空腔腔蓋。抽取背景真空至5 X 10_4pa，通氬氣流。選取45度偏靶射頻濺射模式，濺射功率為60W，工作電壓為 220V，在純氬氣氛下進(jìn)行濺射。氬氣分壓為O. 4Pa，基片與靶材之的距離為25cm，薄膜生長(zhǎng)過程中襯底溫度為200攝氏度。濺射時(shí)間2.5小時(shí)，制備薄膜的厚度在120nm左右。濺射完成后，關(guān)閉氬氣，關(guān)閉分子泵，緩慢降溫到150攝氏度。關(guān)閉機(jī)械泵，打開放氣閥。待旋轉(zhuǎn)臺(tái)面溫度降至室溫后將樣品取出。(3)退火處理。將獲得的薄膜及襯底片放置在快速退火爐中于750°C退火30分鐘。待爐體降至室溫后取出樣品片。實(shí)施例子2(I)制備多晶靶材。采用溶膠凝膠法制備Mnu6Coa96Nia48O4的粉體及多晶靶材。按照金屬離子化學(xué)計(jì)量比Mn Co Ni=13:8:4的比例稱取醋酸鹽粉末，使用溶膠凝膠法制備得到錳鈷鎳氧粉體。取60g錳鈷鎳氧粉末，加入PVA粘結(jié)劑，造粒，在40Mpa下壓制成素胚、分段脫膠后在1050攝氏度下烘燒10小吋，自然降溫至800攝氏度烘燒12小吋。隨爐冷卻后取出。打磨、拋光，制得直徑61毫米，厚度約為4毫米的，致密度較好的立方相尖晶石結(jié)構(gòu)的錳鈷鎳氧多晶靶材。(2)磁控濺射沉積錳鈷鎳氧薄膜。選用國(guó)產(chǎn)JPGF400B-G型高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。打開腔室，將清洗干凈的白寶石襯底片放置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面上，蓋上真空腔腔蓋。抽取背景真空至5 X 10_4pa，通氬氣流。選取45度偏靶射頻濺射模式，濺射功率為80W，工作電壓為220V，在純氬氣氛下進(jìn)行濺射。氬氣分壓為O. 4Pa，基片與靶材之的距離為25cm，薄膜生長(zhǎng)過程中襯底溫度為200攝氏度。濺射時(shí)間2小時(shí)，制備薄膜的厚度在150nm左右。濺射完成后，關(guān)閉氬氣，關(guān)閉分子泵，緩慢降溫到150攝氏度。關(guān)閉機(jī)械泵，打開放氣閥。待旋轉(zhuǎn)臺(tái)面溫度降至室溫后將樣品取出。(3)退火處理。將獲得的薄膜及襯底片放置在快速退火爐中于750°C退火30分鐘。待爐體降至室溫后取出樣品片。實(shí)施例子3(I)制備多晶靶材。采用溶膠凝膠法制備Mnu6Coa96Nia48O4的粉體及多晶靶材。按照金屬離子化學(xué)計(jì)量比Mn Co Ni=13:8:4的比例稱取醋酸鹽粉末，使用溶膠凝膠法制備得到錳鈷鎳氧粉體。取60g錳鈷鎳氧粉末，加入PVA粘結(jié)劑，造粒，在40Mpa下壓制成素胚、分段脫膠后在1050攝氏度下烘燒10小吋，自然降溫至800攝氏度烘燒12小吋。隨爐冷卻后取出。打磨、拋光，制得直徑61毫米，厚度約為4毫米的，致密度較好的立方相尖晶石結(jié)構(gòu)的錳鈷鎳氧多晶靶材。(2)磁控濺射沉積錳鈷鎳氧薄膜。選用國(guó)產(chǎn)JPGF400B-G型高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。打開腔室，將清洗干凈的白寶石襯底片放置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面上，蓋上真空腔腔蓋。抽取背景真空至5 X 10_4pa，通氬氣流。選取45度偏靶射頻濺射模式，濺射功率為80W，工作電壓為220V，在純氬氣氛下進(jìn)行濺射。氬氣分壓為O. 4Pa，基片與靶材 之的距離為25cm，薄膜生長(zhǎng)過程中襯底溫度為200攝氏度。濺射時(shí)間3小時(shí)，制備薄膜的厚度在230nm左右。濺射完成后，關(guān)閉氬氣，關(guān)閉分子泵，緩慢降溫到150攝氏度。關(guān)閉機(jī)械泵，打開放氣閥。待旋轉(zhuǎn)臺(tái)面溫度降至室溫后將樣品取出。(3)退火處理。將獲得的薄膜及襯底片放置在快速退火爐中于750°C退火I個(gè)小吋。待爐體降至室溫后取出樣品片。
權(quán)利要求
1.一種磁控濺射制備單一取向錳鈷鎳氧薄膜的方法，其特征在于具體步驟如下 步驟A制備多晶靶材采用溶膠凝膠法制備Mn1.56CO(l.96Nia4804的粉體及多晶祀材。按照金屬離子化學(xué)計(jì)量比Mn Co Ni=13:8:4的比例稱取醋酸鹽粉末，使用溶膠凝膠法制備得到錳鈷鎳氧粉體；取60g錳鈷鎳氧粉末，加入粘結(jié)劑，造粒、在40Mpa下壓制成素胚、分段脫膠后在1050攝氏度下烘燒10小時(shí)，自然降溫至800攝氏度烘燒12小時(shí)；隨爐冷卻后取出，打磨、拋光，制得直徑61毫米，厚度約為4毫米的，致密度較好的立方相尖晶石結(jié)構(gòu)的錳鈷鎳氧多晶靶材； 步驟B 磁控濺射沉積錳鈷鎳氧薄膜選用國(guó)產(chǎn)JPGF400B-G型高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，打開腔室，將清洗干凈的白寶石襯底片放置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面上，蓋上真空腔腔蓋，抽取背景真空至5X 10_4pa，通氬氣流，選取45度偏靶射頻濺射模式，濺射功率為60W-80W，工作電壓為220V，在純氬氣氛下進(jìn)行濺射；氬氣分壓為0. 4Pa，基片與靶材之的距離為25cm，薄膜生長(zhǎng)過程中襯底溫度為200攝氏度，根據(jù)濺射功率和濺射時(shí)間控制所制備薄膜的厚度在 120nm到230nm之間，濺射完成后，關(guān)閉氬氣，關(guān)閉分子泵，緩慢降溫到150攝氏度，關(guān)閉機(jī)械泵，打開放氣閥，待旋轉(zhuǎn)臺(tái)面溫度降至室溫后將樣品取出； 步驟C退火處理將獲得的薄膜及襯底片放置在快速退火爐中于750°C退火30分鐘至I個(gè)小時(shí)，待爐體降至室溫后取出樣品片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁控濺射制備單一取向錳鈷鎳氧薄膜的方法，應(yīng)用該法，可制備出大面積、致密性良好的MCN薄膜。相比溶膠-凝膠法制備的多晶MCN薄膜，該法參數(shù)控制更精確，制備出的薄膜致密度更高，且薄膜呈(110)高度擇優(yōu)取向。利用該法制作的MCN薄膜，可用于制造線列及面陣熱敏探測(cè)器件，以及制作微橋結(jié)構(gòu)和頂?shù)纂姌O結(jié)構(gòu)熱敏探測(cè)器件。
文檔編號(hào)C23C14/54GK102732848SQ20121021153
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者吳敬, 周煒, 張雷博, 徐曉峰, 褚君浩, 黃志明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所