一种磁控溅射制备BMN薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种磁控溅射制备BMN薄膜的方法，包括将衬底固定在基板支架上，打开分子泵对溅射腔室进行抽真空；到达本底真空度后，向溅射腔室内通入氩气，调节流量计，对基片再次进行清洗；关闭高压，打开基片旋转电机，调节基片转速为30rpm；当衬底温度达到温度后，先关闭靶材档板，调节射频功率至实验所需值，预溅射3-5min；通入氧气，调节流量计，设定Ar/O2体积比，使腔室气压达到溅射气压4.0Pa；调节基片电压，打开档板，开始镀膜；经过氧气氛下退火得到晶化薄膜。本发明专利技术薄膜样品中BMN的(222)面衍射峰强度增强，对薄膜组分的影响小，薄膜中各元素摩尔比几乎不随频率的变化而变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于瓣射锻膜
，尤其设及一种磁控瓣射制备BMN薄膜的方法。
技术介绍
祀材是磁控瓣射锻膜的瓣射源，祀材的好坏对薄膜的性能起至关重要的作用，因 此高品质的祀材是保证薄膜质量的前提和基础，大量研究表明，影响祀材品质的因素主要 有：纯度、致密度、结构取向、晶粒大小及分布、尺寸、形状等，其中衡量祀材品质最重要的指 标是祀材的相对密度、纯度、结晶取向及其微观结构的均匀性。瓣射过程对祀材的致密度的 要求很高，如果祀材结构的致密性较差，具有高能量密度的Ar+轰击祀材时，会导致祀表面 大块物质的剥落，从而使得薄膜表面具有较多的大颗粒。运将严重影响薄膜表面的平整度， 最终导致薄膜性能的恶化。此外，磁控瓣射过程中高能量密度的Ar+轰击，也会导致祀材的 升溫，为了能够更好地承受祀材内部的热应力，因此需要获得高密度和高强度的祀材。祀材 的纯度是祀材品质的主要性能指标之一。薄膜性能的好坏很大程度上受祀材纯度的影响。 瓣射沉积薄膜的主要污染源是祀材中的杂质W及祀材气孔中的氧气和水。实际应用中，祀 材的用途对其所含杂质含量有不同的要求。祀材微观结构的均匀性也是磁控瓣射锻膜的质 量关键的性能指标之一。祀材微观结构均匀、晶粒尺寸相差较小，那么磁控瓣射制得的薄 膜厚度比较均匀。此外，晶粒细小的祀材，其瓣射速率一般要比晶粒粗大的祀材的瓣射速率 快。瓣射成膜时，祀材的原子容易沿原子的立方最紧密排列的方向优先瓣射出来，为达到较 高的瓣射速率，可W通过改变祀材的结晶结构来增加瓣射速率。此外，祀材的结晶方向对瓣 射薄膜厚度的均匀性也有很大影响。因此，通过工艺调节控制祀材的结晶取向是至关重要 的。因此，采用瓣射法制备Bi1.5MgNb1.5O7薄膜，必须首先制备高质量的祀材。 在瓣射锻膜过程中，瓣射粒子的能量除了受到瓣射气压与瓣射气氛比的影响之 夕F，还与瓣射功率有关，一般来说，瓣射功率的增大将引起氣气分子被激发成Ar+的量的 增加，等离子密度的提高使得离子对祀材的轰击作用加强，那么将会有更多的原子或者微 小团簇被瓣出；瓣射粒子的速率也会增大，从而到达基片时具有的能量增大，有利于陶瓷 薄膜的成核生长，最终提高薄膜的结晶度。现有技术中在室溫环境下，采用磁控瓣射法在 Pt(111) /Ti/Si02/Si衬底上制备BMN薄膜，研究从不同射频功率的瓣射条件对BMN薄膜的 物相组成、化学成分、微观形貌和介电性能的影响还没有相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种不同射频功率对BMN薄膜的影响的方法，旨在研究不 同射频功率的瓣射条件对BMN薄膜的物相组成、化学成分、微观形貌和介电性能的影响的 问题。 阳0化]本专利技术是运样实现的，本专利技术旨在提供一种磁控瓣射制备BMN薄膜的方法，该磁 控瓣射制备BMN薄膜的方法包括： 在阴极祀位置上安装BMN陶瓷祀材，将预处理的衬底固定在基板支架上，打开分 子累对瓣射腔室进行抽真空； 到达本底真空度后，向瓣射腔室内通入高纯的氣气，调节流量计使气压，加高压对 基片再次进行清洗； 关闭高压，打开基片旋转电机，调苄基片转速为30rpm; 当衬底溫度达到溫度后，先关闭祀材档板，调节射频功率至80-200W，预瓣射 3-5min； 通入高纯氧气，调节流量计，设定Ar/〇2体积比，并使腔室气压达到瓣射气压 4.OPa； 调苄基片电压为100V，打开档板，开始锻膜； 经过700°C氧气氛下退火30min得到晶化薄膜。 进一步，本体真空度为2.OXlO4Pao 进一步，所述氣气纯度为99. 999%。 进一步，所述调节流量计使气压控制在1. 8-2.OPa,加高压对基片再次进行清洗 5-10min〇 进一步，所述氧气纯度为99. 999%，Ar/〇2体积比为2:1。 本专利技术提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法带来的积极效果： 1)各瓣射功率条件下，制备的BMN薄膜样品都具有明显的立方焦绿石单相结构。 随着瓣射功率的升高，BMN薄膜的（222)择优取向程度增强；但当瓣射功率增大到200W时， 由于沉积的BMN薄膜的组分偏差，导致其（222)择优取向程度减弱。 2)瓣射功率在80-150W的范围内，射频功率的改变对薄膜组分几乎没有影响；而 当瓣射功率增大到200W时，薄膜中原子量较小的Mg原子的反瓣射导致薄膜组分偏差。 3)随着瓣射功率的增大，BMN薄膜的沉积速率呈现出先增大再减小的变化趋 势，在瓣射功率为150W时，达到最大值83nm/h。而薄膜的表面粗糖度先减小后增大，在 100-150W的范围内，薄膜的表面粗糖度值略有波动化58~4. 96nm)。 4)BMN薄膜的介电常数随功率的增大先增大后减小，介电损耗先减小后增大，在 150W时分别达到最大值和最小值，160. 1和0. 0031;并且150W时在623kV/cm的击穿场强 下，BMN薄膜的介电可调率达到21. 38%。【附图说明】图1是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法流程图； 图2是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法不同瓣射功率下沉积瓣 射BMN薄膜的X畑图；图中：（a) 80W、化）100W、（C) 120W、（d) 150W、（e) 200W。 图3是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法不同瓣射功率下沉积薄 膜的阳离子摩尔比（虚线分别表示1. 5和3);图4是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法不同瓣射功率下沉积BMN薄膜的断面二次电子像图；图中：（a)80W，化）100W，（c)120W，（d)150W，（e)200W。图5是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法BMN薄膜的沉积速率随 瓣射功率的变化曲线图。[002引图6是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法图不同瓣射功率下沉积BMN薄膜的AFM图；图中：（a)80W，化）100W，（c)120W，（d)150W，（e)200W。 图7是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法薄膜表面粗糖度的均方 根随瓣射功率的变化曲线图； 图8是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法不同瓣射功率下沉积 BMN薄膜的漏电流密度曲线图； 图9是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法不同瓣射功率下沉积 BMN薄膜的介电常数和介电损耗随频率的变化曲线图； 图中：（a) 10曲Z-IMHz，化）IMHz-lOMHz。[003引图10是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法IMHz下BMN薄膜的介 电常数和介电损耗随瓣射功率的变化关系图； 图11是本专利技术实施例提供的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法不同瓣射功率下沉积 BMN薄膜的介电常数和介电损耗在IMHz的测量频率随直流偏压场的变化曲线图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合实施例，对本专利技术 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本专利技术，并不用于 限定本专利技术。 下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的说明。 如图1所示，本专利技术实施例的磁控瓣射制备BMN薄膜的方法包括W下步骤：SlOl:在阴极祀位置上安装BMN陶瓷祀材，将预处理的衬底固定在基板支架上，打 开分子累对瓣射腔室进行抽真空，本底真空度为2.OX1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁控溅射制备BMN薄膜的方法，其特征在于，该磁控溅射制备BMN薄膜的方法包括：在阴极靶位置上安装BMN陶瓷靶材，将预处理的衬底固定在基板支架上，打开分子泵对溅射腔室进行抽真空；到达本底真空度后，向溅射腔室内通入高纯的氩气，调节流量计使气压，加高压对基片再次进行清洗；关闭高压，打开基片旋转电机，调节基片转速为30rpm；衬底温度升高，关闭靶材档板，调节射频功率至80‑200W，预溅射3‑5min；通入高纯氧气，调节流量计，设定Ar/O2体积比，并使腔室气压达到溅射气压4.0Pa；调节基片电压为100V，打开档板，开始镀膜；经过700℃氧气氛下退火30min得到晶化薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高虹，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32