本发明专利技术公开了一种脉冲激光扫描直接制备α－ＦｅＳｉ↓［２］薄膜的工艺，涉及一种Ｆｅ－Ｓｉ化合物，首先采用磁控溅射方法在Ｓｉ基片上沉积一层厚度５０－１００ｎｍ的金属Ｆｅ膜，随后在空气中采用二极管泵浦激光器（Ｎｄ：ＹＡＧ）产生的脉冲激光进行扫描，直接获得Ｆｅ－Ｓｉ化合物中的高温金属相α－ＦｅＳｉ↓［２］薄膜，本工艺加工的α－ＦｅＳｉ↓［２］薄膜厚度均匀、面积大，采用脉冲激光扫描直接形成金属相α－ＦｅＳｉ↓［２］，在基于β－ＦｅＳｉ↓［２］的微电子或光电子器件中作电极和金属连接，不用引入其它材料，使工艺过程大大简化，这对新型环境友好半导体材料β－ＦｅＳｉ↓［２］的开发和应用具有重要价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Fe-Si化合物，具体地说是Fe-Si化合物的 高温金属相(x-FeSi2薄膜的制备方法及采用此方法制备的a-FeSi2薄膜材料。
技术介绍
过渡金属硅化物Fe-Si化合物中高温金属相a-FeSi2，其块体 材料通常是采用高温烧结法制备，而对a-FeSi2薄膜的研究则很少见， 一般 采用电子束蒸发将Fe或Fe、 Si按化学计量比沉积于Si基片上，然后在930 °C 以上高温退火获得a-FeSi2薄膜。高温退火易造成材料中杂质扩散，影响集 成电路元器件性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研究出一种新的生产高温金属相a-FeSi2 薄膜的制备方法，使工艺更简单、成本更低廉，易于制备大面积薄膜。本专利技术首先采用磁控溅射方法，在Si基片上沉积一层厚度约50 — 100 nm的金属Fe膜，随后在空气中采用二极管泵浦激光器(Nd: YAG)产生 的脉冲激光对金属Fe膜进行扫描，直接获得Fe-Si化合物中的高温金属相 a-FeSi2薄膜。本专利技术所指的磁控溅射方法是采用直流磁控溅射方法，在溅射仪中， 以纯度为99.95%的金属铁作靶材，以Si (100)单晶片作基片，在室温下 溅射沉积，溅射沉积条件为背底真空2xl(^Pa，溅射气压1.0-2.5 Pa， Ar 气流量15-30 SCCM，溅射功率80-100 W，基片偏压-50 V，在Si基片上沉 积一层厚50 —100 nm的金属铁膜。本专利技术所指在空气中采用二极管泵浦激光器((Nd: YAG)产生的脉冲激光进行扫描，直接获得Fe-Si化合物中的高温金属相ct-FeSi2薄膜条件是: 激光波长 ^1.06pm，脉冲宽度140ns，激光能量密度0.95 J cm气扫描后 直接形成了a-FeSi2薄膜。 操作分为以下几步1. 基片及基片清洗基片选用Si(100)单晶片，单面抛光，电阻率7 — 13 Q cm。装入溅射 室前在丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声清洗10分钟，用氮气吹干。2. 金属Fe膜的制备将清洗好的基片置于溅射仪的溅射室内，以纯度为99.95%的金属铁作 靶材，以Si (100)单晶片作基片，采用直流磁控溅射方法，室温下在基片 上沉积厚度为50—100 nm的Fe膜。溅射工艺参数如下背底真空2xl(T5 Pa， 溅射气压1.0-2.5 Pa， Ar气流量15-30 SCCM，溅射功率80-110 W，基片偏 压-50V，沉积时间5-10分钟(根据膜厚确定)。3. 脉冲激光扫描Fe膜直接制备a -FeSi2薄膜磁控溅射沉积的Fe膜，在空气中采用二极管泵浦激光器(Nd: YAG) 产生的脉冲激光进行扫描，直接获得Fe-Si化合物中的高温金属相a-FeSi2 薄膜。激光波长X4.06pm，脉冲宽度140ns，当激光能量密度0.95 J cm—2 时，扫描后直接形成了a-FeSi2薄膜。采用本专利技术生产a-FeSi2薄膜的工艺，由于采用磁控溅射的方法，使沉积 在Si基片上的铁膜厚度得到严格控制，厚度均匀,工艺简单，成本低,易于制 备大面积薄膜。本专利技术采用脉冲激光扫描的方式进行热处理，它利用聚焦激光斑在样 品表面极小范围内(iam量级)，在极短的时间间隔内(ns量级)使温度快速升至极高(103 K以上)，使得Fe、 Si原子迅速扩散并直接形成Fe-Si化 合物中的高温金属相a-FeSi2薄膜。采用脉冲激光扫描方法直接形成金属相a-FeSi2，在基于P-FeSi2的微电 子或光电子器件中作电极或金属连接，不用引入其它材料，使工艺过程大 大简化，极大地降低了产品成本并能提高元器件性能(降低杂质含量及其 对器件性能的影响)，这对新型环境友好半导体材料P-FeSi2的开发、应用 具有重要的价值。对由上述方法制备的a-FeSi2薄膜，采用X-射线衍射(XRD)(日本理 学D/MAX-2200)和扫描电镜(SEM)(日立S3400N)对晶体结构和表面形貌 进行了表征。分别见图l和图2。附图说明图1脉冲激光扫描制备的a -FeSi2薄膜的XRD谱。 XRD谱证实直接形成了 Fe-Si化合物系统的高温相a-FeSi2，且具有 (100)择优取向，图中，横座标表示衍射角，纵座标表示衍射强度； 图2脉冲激光扫描制备的a ^^12薄膜的SEM图像。 其中图2a为低倍像(200倍)，a左边为激光扫描后的薄膜表面，右边 为扫描前的薄膜表面。图b为高倍像(5万倍)。从图2可知，SEM图像显 示样品表面有晶粒出现，且晶粒分布均匀密集；图3不同能量密度的脉搏冲激光扫描Fe/Si膜的XRD谱。 XRD测量结果证实磁控溅射沉积的Fe/Si薄膜用能量密度为0.11-1.65 J cm^脉冲激光扫描后直接形成了 Fe-Si化合物中的高温金属相a-FeSi2，薄膜 的结晶性质随激光能量密度增加而增加，当激光能量密度为0.95 J cm—2时， 薄膜结构的结晶性最好，且为单一a-FeSi2相；当激光能量密度较低时，薄膜中还有未反应的Fe存在，而激光能量密度较高时，衍射谱中出现了较多 的衬底Si峰，只有当激光能量密度为0.95 J cm—2时，Fe完全反应形成了 a-FeSi2薄膜，且衬底Si只有(400)峰出现。SEM观察表明，当激光能量 密度较低时，薄膜中只有部分区域结晶，而激光能量密度较高时，样品中 虽然出现了显著的晶粒，但同时出现了明显的激光损伤，因而在XRD谱中 出现了来自衬底Si的多个晶面的衍射峰。仅当激光能量密度为0.95 J cm—2 时，样品表现结晶显著，晶粒分布均匀密集，且没有明显的激光损伤现象。 结论采用脉冲激光扫描磁控溅射Fe/Si薄膜直接制备(x-FeSi2薄膜 的最佳条件是Fe膜厚50-100 nm，激光能量密度0.95 J cm—2;图4不同能量密度脉冲激光扫描Fe/Si膜的SEM图像，其中图4a能 量密度1.65 J cm-2，图4b能量密度为0.95 J cm—2。 具体实施例方式实施例1. 将单面抛光的Si(100)单晶片(电阻率7—13 Q cm)在丙酮、无水 乙醇和去离子水中各超声清洗10分钟，用氮气吹干。2. 将清洗好的基片置于溅射室内，抽真空至2xl0—5 Pa，充入99.999% 纯Ar气，溅射过程中保持Ar气压强为2.0Pa， Ar气流量30SCCM，溅射 功率100W，基片偏压-50V，在基片上沉积Fe膜，沉积时间10分钟。3. 取出溅射沉积在Si基片上的Fe膜，在空气中采用二极管泵浦激光器 (Nd: YAG)产生的脉冲激光进行扫描，激光波长人=1.06 pm，脉冲宽度140ns，激光能量密度0.11-1.65 Jcm-2，扫描间距10(im。4. XRD测量证实a-FeSi2的形成，见图3，图4为不同能量密度脉冲激 光扫描Fe/Si膜的SEM图像。由于本工艺加工的a-FeSi2薄膜厚度均匀，面积大，采用脉冲激光扫描方法直接形成金属相a-FeSi2 ，在基于0-FeSi2的微电子或光电子器件中作 电极或金属连接，不用引入其它材料，使工艺过程大大简化，这对新型环 境友好半导体材料e-FeSi2的开发，应用具有重要价值，故本专利技术要求保护 用本专利技术工艺生产的a -FeSi2薄膜产品。权利要求1.一种脉冲激光扫描直接形成α-FeSi2薄膜的制备方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种脉冲激光扫描直接形成α－ＦｅＳｉ↓［２］薄膜的制备方法，其特征为首先采用磁控溅射方法在Ｓｉ基片上沉积一层厚度５０－１００ｎｍ的金属Ｆｅ膜，随后在空气中采用二极管泵浦激光器（Ｎｄ：ＹＡＧ）产生的脉冲激光对金属Ｆｅ膜进行扫描，直接获得Ｆｅ－Ｓｉ化合物中的高温金属相α－ＦｅＳｉ↓［２］薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢泉，张晋敏，肖清泉，张勇，余平，杨子仪，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：52[]
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