超薄自支撐單晶鈦酸鋇薄膜制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術領域，特別涉及一種鈦酸鋇薄膜制備的方法，可用于半導體器件的制備。
【背景技術】
[0002]鐵電材料因其具有鐵電性，壓電性，高介電常數(shù)，光電特性，熱電等特性，可實現(xiàn)多種應用，得到了大家廣泛的關注。鐵電材料是熱釋電材料中的一類，其特點是不僅具有自發(fā)極化，而且在一定溫度范圍內，自發(fā)極化偶極矩能隨外施電場的方向而改變，并隨電場呈現(xiàn)出明顯的鐵電滯回線。鐵電材料通常具有正和負方向兩個狀態(tài)，由此可以根據不同的兩個狀態(tài)作為存儲器應用，而其固有的壓電性能也可以作為壓電及聲光材料，但是少部分鐵電材料的壓電常數(shù)不是很高，通常作為介電調制器，換能器件。過去對鐵電材料的應用主要是利用它們的壓電性、熱釋電性、電光性能以及高介電常數(shù)。近年來，由于新鐵電材料薄膜工藝的發(fā)展，鐵電材料在信息存儲、圖像顯示和全息照像中的編頁器、鐵電光閥陣列作全息照像的存儲等已開始應用。
[0003]因此研宄鐵電材料具有重要意義，眾多研宄者研宄其與半導體相結合，想充分發(fā)揮鐵電材料和半導體材料的特性。鐵電材料的自發(fā)極化可以調節(jié)半導體材料的界面電荷，改變半導體表面的電勢能。鐵電材料的壓電效應可以使半導體表面發(fā)生形變，改變半導體的能級。但由于晶格失配問題，不能直接在半導體材料上沉積單晶鐵電材料，因此需要大量的緩沖層，增加了制造工藝的復雜度。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種超薄自支撐鈦酸鋇薄膜制備方法，以解決不能在半導體材料上直接生長單晶鈦酸鋇薄膜的問題。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的技術關鍵是:在藍寶石襯底生長一層單晶氧化鎂薄膜，并在單晶氧化鎂薄膜上沉積單晶鈦酸鋇薄膜，并將其轉移到后續(xù)所需的半導體襯底上。通過改變生長條件，腐蝕液濃度等條件，得到超薄自支撐單晶鈦酸鋇薄膜。其實現(xiàn)步驟包括如下:
[0006](I)在藍寶石襯底上生長單晶氧化鎂薄膜:
[0007]將藍寶石襯底、氧化鎂靶材、鈦酸鋇靶材放入脈沖激光沉積系統(tǒng)的反應室中，對反應室抽真空，直到真空度達到4*10_6mbar以下；向反應室中通入氧氣，使反應室的氧壓維持在 5*10 3?0.1mbar ；
[0008]打開激光器，設定激光器的能量密度為4J/cm2和頻率為3?5Hz，設定襯底的溫度為600?700°C，使激光器射出激光束，燒灼氧化鎂靶材10000?15000次，使燒灼出來的氧化鎂等離子體沉積在藍寶石襯底上，完成單晶氧化鎂薄膜的生長；
[0009](2)在單晶氧化鎂薄膜上沉積一層單晶鈦酸鋇薄膜:
[0010]調節(jié)通入反應室的氧氣，使反應室的氧壓維持在0.01?0.5mbar，設定激光器的能量密度為2J/cm2和頻率為3?5Hz，設定襯底的溫度為600?700°C，使激光器射出激光束，燒灼鈦酸鋇靶材50?100次，以在單晶氧化鎂薄膜上沉積鈦酸鋇等離子體，得到單晶鈦酸鋇薄膜；
[0011](3)在單晶鈦酸鋇薄膜上附著聚甲基丙烯酸甲酯PMMA:
[0012]在單晶鈦酸鋇薄膜的表面旋涂上一層濃度為3?9mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，并放在溫度為70?80°C的加熱臺上加熱5?10分鐘，再自然降溫，形成一層附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜；
[0013](4)將附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜與藍寶石襯底分離:
[0014]將旋涂了聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜浸泡在75?85°C溫度下的10被％硫酸銨溶液中3?4小時，除去單晶氧化鎂薄膜，使附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜與襯底脫離后，漂浮在硫酸銨溶液上；
[0015](5)轉移得到單晶自支撐鈦酸鋇薄膜:
[0016]用后續(xù)使用所需的電極襯底撈起漂浮的附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜，放在加熱臺上，在35?40°C下加熱5?10分鐘，自然降溫，使單晶鈦酸鋇薄膜完全粘附在后續(xù)使用所需的半導體襯底上；
[0017]再將其放入丙酮溶液中浸泡12?24小時，除去表面的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，完成轉移，得到厚度為5?7nm的超薄自支撐單晶鈦酸鋇薄膜。
[0018]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0019]1.本發(fā)明由于通過在單晶鈦酸鋇薄膜上旋涂一層聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，可防止轉移過程中薄膜出現(xiàn)破裂。
[0020]2.本發(fā)明由于去除了氧化鎂薄膜，轉移到半導體襯底上，得到自支撐單晶鈦酸鋇薄膜，解決了不能在半導體材料上直接生長單晶鈦酸鋇薄膜的問題。
[0021]3.本發(fā)明通過控制激光束的頻率和激光束灼燒鈦酸鋇靶材的次數(shù)，得到厚度僅為幾納米的自支撐單晶鈦酸鋇薄膜，可以使光源透過鈦酸鋇薄膜照射到半導體材料上，改變半導體材料特性。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明制備超薄自支撐單晶鈦酸鋇薄膜的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限定。
[0024]參照圖1，本發(fā)明給出如下三種實施例。
[0025]實施例1:制備厚度為5nm的自支撐單晶鈦酸鋇薄膜。
[0026]步驟1，在C面藍寶石襯底上生長單晶氧化鎂薄膜。
[0027]1.1)將C面的藍寶石襯底、氧化鎂靶材、鈦酸鋇靶材放入脈沖激光沉積系統(tǒng)的反應室中，對反應室抽真空，直到真空度達到4*10_6mbar以下，再向反應室中通入氧氣，使反應室的氧壓維持在5*l(T3mbar ；
[0028]1.2)打開激光器開關，設定激光器的能量密度為4J/cm2和頻率為3Hz，設定襯底的溫度為600°C，通過激光束，燒灼氧化鎂靶材10000次，產生氧化鎂等離子體，該等離子體依靠自身動能，運動到C面藍寶石襯底A上，并沉積在C面藍寶石襯底，完成單晶氧化鎂薄膜的生長，如圖1中的B。
[0029]步驟2，在單晶氧化鎂薄膜上沉積單晶鈦酸鋇薄膜。
[0030]調節(jié)通入反應室的氧氣，使反應室的氧壓維持在0.0lmbar，設定激光器的能量密度為2J/cm2、頻率為3Hz，設定襯底的溫度為600°C，通過激光束，燒灼鈦酸鋇靶材表面50次，產生鈦酸鋇等離子體，該等離子體依靠自身動能，運動到單晶氧化鎂薄膜B上，并沉積在單晶氧化鎂薄膜表面，得到單晶鈦酸鋇薄膜，如圖1中的D。
[0031]步驟3形成附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜。
[0032]3.1)在單晶鈦酸鋇薄膜表面滴上3mg/mL聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，放在甩膠機上，設置轉臺旋轉速度為500轉/秒，旋轉5秒；
[0033]3.2)改變旋轉速度為3000轉/秒，旋轉60秒，使聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液均勻分布在單晶鈦酸鋇薄膜表面，如圖1中的E ;
[0034]3.3)將附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液的單晶鈦酸鋇薄膜放在加熱臺上，在70°C下加熱10分鐘，再自然降溫。
[0035]步驟4將附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜與藍寶石襯底分離。
[0036]將旋涂了聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜浸泡在75°C溫度下的10wt%硫酸銨溶液中4小時，除去單晶氧化鎂薄膜，使附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜與藍寶石襯底脫離，漂浮在硫酸銨溶液上。
[0037]步驟5轉移得到超薄自支撐單晶鈦酸鋇薄膜。
[0038]5.1)用后續(xù)使用所需的半導體襯底F撈起漂浮的附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的單晶鈦酸鋇薄膜，放在加熱臺上，在35°C下加熱10分鐘后，自然降溫，使附有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA單晶鈦酸鋇薄膜完全粘附在后續(xù)使用所需的半導體襯底；
[0039]5.2)將粘有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA單晶鈦酸鋇薄膜的襯底放入丙酮溶液中浸泡12小時，除去表面的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，完成轉移，得到厚度為5nm的超薄自支撐單晶鈦酸鋇薄膜。
[0040]實施例2:制備厚度為6nm的自支撐單晶鈦酸鋇薄膜。
[0041]步驟一，在C面藍寶石襯底上生長單晶氧化鎂薄膜。
[0042]Ia)將C面的藍寶石襯底、氧化鎂靶材、鈦酸鋇靶材放入脈沖激光沉積系統(tǒng)的反應室中，對反應室抽真空，直到真空度達到4*10_6mbar以下，再向反應室中通入氧氣，使反應室的氧壓維持在0.0lmbar ；
[0043]Ib)打開激光器開關，設定激光器的能量密度為4J/cm2和頻率為4Hz，設定襯底的溫度為650°C，通過激光束，燒灼氧化鎂靶材13000次，產生氧化鎂等離子體，該等離子體依靠自身動能，運動到C面藍寶石襯底A上，并沉積在C面藍寶石襯底，完成單晶氧化鎂薄膜的生長，如圖1中的B。
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