一种利用多晶材料制备单晶电容的方法技术

技术编号:19063860 阅读:26 留言:0更新日期:2018-09-29 13:40
本发明专利技术提供了一种利用多晶材料制备单晶电容的方法,包括:(1)在衬底上制备电容的测试电极;(2)利用聚焦离子束‑电子束双束系统的电子束背散射衍射标定并选取多晶材料中的单晶颗粒;(3)利用聚焦离子束‑电子束双束系统的聚焦离子束在单晶颗粒上刻蚀出两个平行沟槽并在其中沉积电绝缘保护层,提取具有电绝缘保护层的单晶颗粒;(4)从单晶颗粒的除了具有电绝缘保护层之外的一侧或相对的两侧刻蚀单晶颗粒至目标厚度;(5)以任意的顺序,进行步骤(a)和(b),从而制得电容:(a)在单晶颗粒的、除了具有电绝缘保护层之外的两侧形成电容电极;(b)刻蚀去除单晶颗粒上部多余的部分;(6)将电容电极与测试电极连接。

【技术实现步骤摘要】
一种利用多晶材料制备单晶电容的方法
本专利技术属于电子材料与器件领域,具体地涉及一种利用多晶材料制备单晶电容的方法。
技术介绍
与多晶材料相比,单晶材料具有确定的晶向,但无晶界,更能反映材料的本征特性。各向异性的单晶材料,在不同晶向上磁性、多铁性、输运特性等性质不同,人们可以根据实际需要,利用不同晶向上的特定性质来制备所需的晶体学器件。一般情况下,多晶材料的制备方法比单晶材料更简单,制备工艺更加简洁,在实验室或工厂里也更容易获得。而单晶样品的制备通常需要较长的时间、复杂的工艺步骤、较高的温度以及苛刻的环境要求,也会导致产生较多的污染物。更加重要的是,有些材料无法或者很难生长出质量较高、尺寸较大的单晶样品,甚至有些材料在经过长期和艰难探索后生长出的单晶却没有获得预期的性质,上述因素均阻碍了人们对单晶器件的研究与应用。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术的目的是针对现有技术中存在的缺点,提供一种利用多晶材料制备单晶电容的方法,该方法可以克服单晶生长过程中耗时长、工艺复杂、生长温度高以及产生过程中易产生污染物等缺点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术提供了一种利用多晶材料制备单晶电容的方法,所述方法包括以下步骤:(1)在衬底上制备电容的测试电极;(2)利用聚焦离子束-电子束双束系统的电子束背散射衍射标定并选取多晶材料中的单晶颗粒;(3)利用聚焦离子束-电子束双束系统的聚焦离子束在步骤(2)中选取的单晶颗粒上刻蚀出两个平行沟槽,在两个刻蚀出的平行沟槽内沉积电绝缘保护层,利用聚焦离子束-电子束双束系统提取具有电绝缘保护层的单晶颗粒;(4)从具有电绝缘保护层的单晶颗粒的、除了具有所述电绝缘保护层之外的一侧或相对的两侧刻蚀单晶颗粒至目标厚度;(5)以任意的顺序,在刻蚀至目标厚度的单晶颗粒上进行以下步骤(a)和(b),从而制得电容:(a)在单晶颗粒的、除了具有所述电绝缘保护层之外的两侧形成电容电极;(b)刻蚀去除单晶颗粒上部多余的部分;(6)将步骤(5)中制得的电容的电容电极与步骤(1)中制得的测试电极连接。根据本专利技术提供的方法,其中,所述步骤(1)中标定的目的是标定多晶材料中的单晶颗粒的晶界和晶向,以便于选取适当的单晶颗粒。根据本专利技术提供的方法,其中,步骤(4)和(5)可以在步骤(1)制备的具有测试电极的衬底上进行,也可以在另外的衬底上进行。在一些实施方案中,所述步骤(3)还包括:将提取的单晶颗粒转移至步骤(1)中制备的具有电容的测试电极的衬底上,并且置于对应的测试电极之间,其中,所述电绝缘保护层与测试电极垂直。在另一些实施方案中,步骤(4)和(5)在另外的衬底上进行,所述方法还包括以下步骤:将步骤(5)制备的电容转移至步骤(1)中制备的具有电容的测试电极的衬底上,并且置于对应的测试电极之间,其中,所述电绝缘保护层与测试电极垂直。根据本专利技术提供的方法,其中,所述步骤(1)中合适的衬底材料的实例包括但不限于:Si、Ge、SiO2、SiO2/Si、MgO、Al2O3、AlN、GaN、GaAs、GaP、ZnO、CdTe、ZnSe、ZnS、CdS、CdTe、SeAsTe、HgCdTe如Hg1-xCdxTe、ZnCdTe如Zn1-xCdxTe、LiAlO2、SiC、ScAlMgO4、MgAl6O10、SiTiO3、LaAlO3、掺钇氧化锆(YSZ)、铝酸锶钽镧((La,Sr)(Al,Ta)O3)、KTaO3、NdGaO3、LaSrAlO4、MgAl2O4、SiN、BaTiO3、DyScO3、GdScO3、掺铌钛酸锶(Nb:SrTiO3)、Gd3Ga5O12、掺铁钛酸锶(Fe:SrTiO3)、Tb3Ga5O12、NaCl、KBr、TiO2、CaCO3、LiNbO3、YAlO3、YVO4、LiTaO3、Nd:GdVO4、TeO2、BaF2、MgF2、CaF2、LiF、PbWO4、钇铁石榴石、掺铈钇铝石榴石、锗酸铋、硅酸铋、陶瓷、玻璃、石英、云母和柔性材料;其中,式Hg1-xCdxTe和Zn1-xCdxTe中x各自独立地为0≤x≤1,优选地0.1≤x≤0.9。在一些实施方案中,所述步骤(1)中衬底优选为SiO2/Si或MgO。根据本专利技术提供的方法,其中,所述步骤(1)中适合的柔性材料的实例包括但不限于:聚乙烯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯膜和聚二甲基硅氧烷膜。根据本专利技术提供的方法,其中,所述另外的衬底可以所述步骤(1)中的衬底相同或不同,本专利技术中没有特殊要求。根据本专利技术提供的方法,其中,所述步骤(1)中可以通过光刻法、FIB-SEM双束系统离子束辅助沉积法或印刷法来制备测试电极。在一些实施方案中,所述光刻法包括以下步骤:利用磁控溅射、分子束外延或脉冲激光沉积在衬底上生长金属薄膜和通过光刻刻蚀形成电极。在一些实施方案中,合适的印刷法的实例包括但不限于:喷墨打印、气流喷射打印、凹版印刷、纳米压印和丝网印刷。根据本专利技术提供的方法,其中,所述测试电极可以由Au、Ag、Cu、Al、Fe、Pd、Pt、Ti、Ta、W、Zn、Ni或其合金形成。在一些实施方案中,所述测试电极由Au或Ag形成。根据本专利技术提供的方法,其中,适合的多晶材料的实例包括但不限于:斯格明子材料如MnSi、FeGe、Cu2OSeO3、Fe1-xCoxSi、CoZnMn、GaV4S8、MnNiGa、La2-2xSr1+2xMn2O7等,多铁材料如TbMnO3、LuFe2O4、R1CrO3、Cr2O3、CrO2、BiFeO3、Dy0.7Tb0.3FeO3、Dy0.75Gd0.25FeO3、Lu2FeO3、GdFeO3、FeTe2O5Br、Cu2V2O7、CuB2O4、Ni3V2O8、Ba2Mg2Fe12O22、LiCu2O2、LiCuVO4、CuO、CuCl2、CuBr2、MnWO4、BaSrCoZnFe11AlO22、(Sr1-xBax)3Co2Fe24O41、(Ba1-xSrx)2(MgαZnβCoγ)2Fe12O22、BaFe12-z-δSczMgδO19、BaSrCo2-yZnyFe11AlO22、BaYFeO4、R2MnO3、PbFe1/2Nb1/2O3、R3Mn2O5、R4MnO3、MnI2、NiI2、M13B7O13X、BaM2F4、Ba2CoGe2O7、Ba2MnGe2O7、CoFe2O4、NiFe2O4、Fe3O4、La1-xSrxMnO3、Ca3CoMnO6、CaBaCo4O7、Ba2CoGe2O7、CuFeO2、CuCrO2、AgCrO2、CoCr2O4、ZnCr2O4、ZnCr2Se4、RbFe(MoO4)2、Tb2(MoO4)3、Zn2Mo3O8、Fe2Mo3O8、Ni3TeO6、CaMn7O12,以及铁电材料如BaTiO3、PbTiO3、Pb(ZrxTi1-x)O3和PbTaO3;其中,式R1CrO3中R1为选自La、Sm、Ba、Ca、Lu、Pb、Sr、Y、Er、Gd、Tb、Dy、Nb、Yb、Ho和Pr中的一种或多种;式R2MnO3中R2为选自Sc、Y、In、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或多种;式R3Mn2O5中R3为选自Y、Tb、Dy和Ho中的一种或多种;式R4MnO3中R4为选自Bi、Tb、Dy、Gd和Eu中的一种或多种;式M1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用多晶材料制备单晶电容的方法,所述方法包括以下步骤:(1)在衬底上制备电容的测试电极;(2)利用聚焦离子束‑电子束双束系统的电子束背散射衍射标定并选取多晶材料中的单晶颗粒;(3)利用聚焦离子束‑电子束双束系统的聚焦离子束在步骤(2)中选取的单晶颗粒上刻蚀出两个平行沟槽,在两个刻蚀出的平行沟槽内沉积电绝缘保护层,利用聚焦离子束‑电子束双束系统提取具有电绝缘保护层的单晶颗粒;(4)从具有电绝缘保护层的单晶颗粒的、除了具有所述电绝缘保护层之外的一侧或相对的两侧刻蚀单晶颗粒至目标厚度;(5)以任意的顺序,在刻蚀至目标厚度的单晶颗粒上进行以下步骤(a)和(b),从而制得电容:(a)在单晶颗粒的、除了具有所述电绝缘保护层之外的两侧形成电容电极;(b)刻蚀去除单晶颗粒上部多余的部分;(6)将步骤(5)中制得的电容的电容电极与步骤(1)中制得的测试电极连接。

【技术特征摘要】
1.一种利用多晶材料制备单晶电容的方法,所述方法包括以下步骤:(1)在衬底上制备电容的测试电极;(2)利用聚焦离子束-电子束双束系统的电子束背散射衍射标定并选取多晶材料中的单晶颗粒;(3)利用聚焦离子束-电子束双束系统的聚焦离子束在步骤(2)中选取的单晶颗粒上刻蚀出两个平行沟槽,在两个刻蚀出的平行沟槽内沉积电绝缘保护层,利用聚焦离子束-电子束双束系统提取具有电绝缘保护层的单晶颗粒;(4)从具有电绝缘保护层的单晶颗粒的、除了具有所述电绝缘保护层之外的一侧或相对的两侧刻蚀单晶颗粒至目标厚度;(5)以任意的顺序,在刻蚀至目标厚度的单晶颗粒上进行以下步骤(a)和(b),从而制得电容:(a)在单晶颗粒的、除了具有所述电绝缘保护层之外的两侧形成电容电极;(b)刻蚀去除单晶颗粒上部多余的部分;(6)将步骤(5)中制得的电容的电容电极与步骤(1)中制得的测试电极连接。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述衬底材料选自Si、Ge、SiO2、SiO2/Si、MgO、Al2O3、AlN、GaN、GaAs、GaP、ZnO、CdTe、ZnSe、ZnS、CdS、CdTe、SeAsTe、HgCdTe如Hg1-xCdxTe、ZnCdTe如Zn1-xCdxTe、LiAlO2、SiC、ScAlMgO4、MgAl6O10、SiTiO3、LaAlO3、掺钇氧化锆、铝酸锶钽镧、KTaO3、NdGaO3、LaSrAlO4、MgAl2O4、SiN、BaTiO3、DyScO3、GdScO3、掺铌钛酸锶、Gd3Ga5O12、掺铁钛酸锶、Tb3Ga5O12、NaCl、KBr、TiO2、CaCO3、LiNbO3、YAlO3、YVO4、LiTaO3、Nd:GdVO4、TeO2、BaF2、MgF2、CaF2、LiF、PbWO4、钇铁石榴石、掺铈钇铝石榴石、锗酸铋、硅酸铋、陶瓷、玻璃、石英、云母和柔性材料;其中,式Hg1-xCdxTe和Zn1-xCdxTe中x各自独立地为0≤x≤1,优选地0.1≤x≤0.9;优选地,所述柔性材料为聚乙烯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯膜或聚二甲基硅氧烷膜;优选地,所述衬底为SiO2/Si或MgO。3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述步骤(1)中通过光刻法、聚焦离子束-电子束双束系统离子束辅助沉积法或印刷法来制备测试电极;优选地,所述光刻法包括以下步骤:利用磁控溅射、分子束外延或脉冲激光沉积在衬底上生长金属薄膜和通过光刻刻蚀形成电极;优选地,所述印刷法为喷墨打印、气流喷射打印、凹版印刷、纳米压印或丝网印刷;优选地,所述测试电极由Au、Ag、Cu、Al、Fe、Pd、Pt、Ti、Ta、W、Zn、Ni或其合金形成;进一步优选地,所述测试电极由Au或Ag形成。4.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述多晶材料选自斯格明子材料如MnSi、FeGe、Cu2OSeO3、Fe1-xCoxSi、CoZnMn、GaV4S8、MnNiGa和La2-2xSr1+2xMn2O7,多铁材料如TbMnO3、LuFe2O4、R1CrO3、Cr2O3、CrO2、BiFeO3、Dy0.7Tb0.3FeO3、Dy0.75Gd0.25FeO3、Lu2FeO3、GdFeO3、FeTe2O5Br、Cu2V2O7、CuB2O4、Ni3V2O8、Ba2Mg2Fe12O22、LiCu2O2、LiCuVO4、CuO、CuCl2、CuBr2、MnWO4、BaSrCoZnFe11AlO22、(Sr1-xBax)3Co2Fe24O41、(Ba1-xSrx)2(MgαZnβCoγ)2Fe12O22、BaFe12-z-δSczMgδO19、BaSrCo2-yZnyFe11AlO22、BaYFeO4、R2MnO3、PbFe1/2Nb1/2O3、R3Mn2O5、R4MnO3、MnI2、NiI2、M13B7O13X、BaM2F4、Ba2CoGe2O7、Ba2MnGe2O7、CoFe2O4、NiFe2O4、Fe3O4、La1-xSrxMnO3、Ca3CoMnO6、CaBaCo4O7、Ba2CoGe2O7、CuFeO2、CuCrO2、AgCrO2、CoCr2O4、ZnCr2O4、ZnCr2Se4、RbFe(MoO4)2、Tb2(MoO4)3、Zn2Mo3O8、Fe2Mo3O8、Ni3TeO6、CaMn7O12,铁电材料如BaTiO3、PbTiO3、Pb(ZrxTi1...

【专利技术属性】
技术研发人员:王超赵云驰魏红祥孙阳
申请(专利权)人:中国科学院物理研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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