在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法，包括以下步骤：依次用化学试剂和等离子体对柔性衬底进行清洗，并将清洗后的柔性衬底置于磁控溅射镀膜机的基片台上，抽真空，充入工作气体，反应溅射制备得到氮化铝薄膜。该方法工艺简单、成本低，所选衬底为柔性材料，制备的氮化铝薄膜可弯曲，具有高c轴取向和高d33压电系数，可减小表面粗糙度，与提高基底结合力。可用于制备柔性声表面波器件。

【技术实现步骤摘要】
在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法
本专利技术属于信息电子材料
，具体涉及一种在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法。
技术介绍
在过去的几十年里，柔性电子由于轻便、便宜、可一次性使用等特点得到了广泛关注。在平板显示、传感、生物等领域得到了广泛的应用。氮化铝由于其具有高热导率、高硬度、高熔点、色散小、声速高、高的化学稳定性、大的击穿场强和低的介电损耗，可广泛用于声表面波器件、各种传感器、能量搜集器中。通过材料的压电特性，进行声电、力电转换，进行信息的传递、处理和能源转换。传统的氮化铝薄膜都是沉积在刚性基底上，如金刚石、蓝宝石、单晶硅基片等。但是这些基片都是高硬度，刚性不可弯曲且价格昂贵。通常为了得到高c轴取向的氮化铝薄膜，基片还必需加热到很高的温度。其工艺难以与传统的CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)工艺兼容。柔性衬底具有轻便，易成型，可弯曲，可以卷绕式连续化生产等优点。但是通常在柔性有机物基片上难以直接沉积高c轴取向的氮化铝薄膜，且其与基片表面结合力较弱。因此，在室温下沉积高c轴取向、粘附力好和表面粗糙度小的氮化铝压电薄膜对于实际应用具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法。该方法采用了室温直流反应磁控溅射直接在柔性衬底上沉积得到氮化铝薄膜。本专利技术所提供的在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法包括如下步骤：用等离子体对柔性衬底进行清洗，并将清洗后的柔性衬底置于磁控溅射镀膜机的基片台上，抽真空，充入工作气体，反应溅射制备得到高c轴取向氮化铝薄膜。上述方法中，所述柔性衬底为柔性有机材料衬底，具体为柔性有机材料薄膜，所述有机材料为聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯，具体为聚酰亚胺，所述薄膜的厚度为5～200um。所述用等离子体对柔性衬底进行清洗之前，还包括如下用化学试剂对柔性衬底进行清洗的步骤：将柔性衬底粘于玻璃基片上，用丙酮、酒精和去离子水各超声清洗4-8分钟，用氮气吹干。所述用化学试剂对柔性衬底进行清洗可按如下步骤进行：所述用等离子体对柔性衬底进行清洗可按如下步骤进行：将粘在玻璃基片上的柔性衬底，放入等离子体刻蚀机中，抽本底真空到10-4Pa以下，充入氩气使整个体系压力维持在10-1Pa～10-3Pa，调屏极电压，加速电压，阳极电压，阴极电流分别为550V～750V，50V～130V，50V～100V，1A～20A，开挡板，刻蚀2-15分钟。刻蚀结束后，静置10分钟以上，充入氮气，取出粘在玻璃基片上的柔性衬底，其中，所述氩气的纯度为99.999％，所述氮气的纯度为99.999％。所述等离子体为氩气等离子体。所述抽真空的真空度为10-6～10-4Pa。所述工作气体为氮气和氩气的混合气体，其中，所述氮气和氩气的体积比为(0.2～0.7)：1，所述氩气的纯度为99.999％，所述氮气的纯度为99.999％。所述工作气体的通入方式为先通入氩气再通入氮气。所述工作气体是通过流量控制器实时地动态地通入到所述磁控溅射镀膜机的真空腔中，所述工作气体的通入流量为6ml/min～60ml/min，具体为6ml/min。所述反应溅射为直流反应磁控溅射。所述反应溅射的磁控溅射源为平面靶磁控溅射源；所述反应溅射的功率密度为1w/cm2～5.5w/cm2。所述反应溅射的靶材为金属铝靶，所述金属铝靶的纯度99.999％。所述反应溅射的靶材到所述柔性衬底的距离为6cm～8cm，具体为7cm。所述反应溅射的温度为室温，时间为10min～150min，具体为100min。所述反应溅射时，整个反应体系内的压力为0.2Pa～0.8Pa。所述反应溅射完成后，还包括向所述磁控溅射镀膜机的真空室中充入空气至真空室内压力为大气压，取出所制备的氮化铝薄膜的步骤。所述氮化铝薄膜为氮化铝压电薄膜，所述氮化铝薄膜的厚度为400～5000nm。所述氮化铝薄膜具有高c轴取向。本专利技术由在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法而制备得到的氮化铝薄膜在制备柔性声表面波器件方面的应用也属于本专利技术的保护范围。与现有的技术相比，本专利技术的优点在于：溅射过程中不必将柔性衬底进行加热或者冷却处理，且不需在柔性衬底与氮化铝之间插入任何过渡层，不需要加入任何辅助能量，比如紫外辐照等；氩气等离子体清洗柔性衬底可以除去其表面缺陷，显著提高氮化铝的织构强度，提高表面结合力，降低表面粗糙度。此外，本专利技术工艺步骤少且简单，成本低廉，经过氩气等离子体处理过的基片清除了基片表面的缺陷，适当提高了基片的粗糙度，提高了基片与氮化铝薄膜的的机械结合力，得到的氮化铝薄膜具有高c轴取向、高压电系数d33和低的表面粗糙度，可应用于柔性电子等领域。附图说明图1为本专利技术的柔性衬底上室温直流反应磁控溅射沉积氮化铝压电薄膜的设备剖面示意图，其中，1-进气口，2-激励线圈，3-磁场，4-电场，5-基片，6-屏蔽罩，7-基片架，8-靶，9-线圈盒，10-排气口。图2为实施例1所获的样品的XRD图。其中，插图为AlN(0002)晶面的摇摆曲线图，其半高宽为2.45°。图3为实施例1所获的样品的SEM图。图4为实施例1所获的样品的表面形貌三维图。图5为实施例1所制备的柔性声表面波器件的示意图，其中，11-聚酰亚胺衬底，12-氮化铝压电薄膜，13-金属叉指电极。图6为利用实施例1所制备的氮化铝薄膜而制备得到的柔性声表面波器件实物图。图7为实施例2所制备的柔性声表面波器件频率响应曲线。具体实施方式下面结合附图通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但本专利技术并不局限于此，凡在本专利技术的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1、聚酰亚胺衬底上室温直流反应磁控溅射沉积高c轴取向5μm氮化铝薄膜1)将聚酰亚胺基片粘于玻璃基片上，然后依次用丙酮、酒精和去离子水各超声清洗4min，再用氮气吹干。将已清洗和吹干后的粘在玻璃基片上的柔性基片-聚酰亚胺基片，放入等离子体刻蚀机中，抽本底真空到10-4Pa以下。再充入高纯氩气使整个系统的压力为10-2Pa，调屏极电压，加速电压，阳极电压，阴极电流分别为710V，100V，60V，12A。开挡板，用氩气等离子体刻蚀5分钟，刻蚀结束后静置10分钟以上，充入高纯氮气，取出已用氩气等离子体刻蚀的聚酰亚胺基片。2)将已等离子体刻蚀的聚酰亚胺基片用铁丝固定在磁控溅射的基片台上，基片连同基片台一起装入真空室。图1为所用磁控溅射镀膜机示意图。启动机械泵和分子泵抽真空至5×10-5Pa；通入氩气，调节高纯氩气(纯度为99.999％)流量为4.5sccm，使得氩气气压为0.3Pa；在不打开靶挡板的条件下，接通直流溅射电源，调节电流为0.8A，清洗金属铝靶(纯度为99.999％)5min，再通入高纯氮气(纯度为99.999％)，调节氮气流量为1.5sccm,再次调节高真空阀门使磁控溅射镀膜机真空室中的总气压为0.3Pa。3)对步骤2)中的已等离子体刻蚀的聚酰亚胺基片预溅射5min左右，待电源示数稳定后，打开靶挡板，在室温下，控制磁控溅射镀膜机真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法，包括如下步骤：用等离子体对柔性衬底进行清洗，并将清洗后的柔性衬底置于磁控溅射镀膜机的基片台上，抽真空，充入工作气体，反应溅射制备得到氮化铝薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法，为如下步骤：用等离子体对柔性衬底进行清洗，并将清洗后的柔性衬底置于磁控溅射镀膜机的基片台上，抽真空，充入工作气体，反应溅射制备得到氮化铝薄膜；所述等离子体为氩气等离子体；所述用等离子体对柔性衬底进行清洗按如下步骤进行：将粘在玻璃基片上的柔性衬底，放入等离子体刻蚀机中，抽本底真空到10-4Pa以下，充入氩气使整个体系压力维持在10-2Pa，调屏极电压，加速电压，阳极电压，阴极电流分别为550V～750V，50V～130V，50V～100V，1A～20A，开挡板，刻蚀2-15分钟，刻蚀结束后，静置10分钟以上，充入氮气，取出粘在玻璃基片上的柔性衬底，其中，所述氩气的纯度为99.999％，所述氮气的纯度为99.999％；所述抽真空的真空度为10-6～10-4Pa；所述工作气体为氮气和氩气的混合气体，其中，所述氮气和氩气的体积比为(0.2～0.7)：1，所述氩气的纯度为99.999％，所述氮气的纯度为99.999％；所述工作气体是通过流量控制器实时地动态地通入到所述磁控溅射镀膜机的真空腔中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李起，曾飞，潘峰，高双，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11