一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法技术

本发明专利技术涉及薄膜材料领域，提供了一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法，包括以下步骤：(1)提供分布有金刚石籽晶的基底；(2)在基底的金刚石籽晶表面进行磁控溅射，得到含有氮化硼晶体的硼碳氮薄膜；所述步骤(2)中磁控溅射的靶材为含碳的氮化硼靶。本发明专利技术在金刚石籽晶预处理过的基底上生长硼碳氮薄膜，促进了薄膜中氮化硼纳米晶的生长，提高了硼碳氮薄膜的结晶度和薄膜中氮化硼的成分，为硼碳氮薄膜的生长提供了重要的实验依据，为硼碳氮薄膜在工业领域内的应用提供了新的方法。

A Method for Controlling the Growth of Boron Nitride Crystals in Boron Carbon Nitrogen Films

The invention relates to the field of thin film materials, and provides a method for controlling the growth of boron nitride crystals in boron-carbon-nitrogen films, including the following steps: (1) providing a base with diamond seed crystals; (2) magnetron sputtering on the surface of diamond seed crystals on the base to obtain boron-carbon-nitrogen films containing boron nitride crystals; and (2) the target material of magnetron sputtering is boron nitride target containing carbon. The invention grows boron-carbon-nitrogen film on the substrate pretreated with diamond seed crystal, promotes the growth of Boron Nitride Nanocrystals in the film, improves the crystallinity of boron-carbon-nitrogen film and the composition of boron nitride in the film, provides an important experimental basis for the growth of boron-carbon-nitrogen film, and provides a new method for the application of boron-carbon-nitrogen film in the industrial field.

【技术实现步骤摘要】
一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法
本专利技术涉及薄膜材料领域，尤其涉及一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法。
技术介绍
硼碳氮材料具有优异的力学和电学性能，而且硼碳氮材料结构和成分可调使其在光电器件及半导体领域具有很大的应用潜力。由于硼、碳和氮三者之间的化学势和成键的不同，使制备得到的的硼碳氮薄膜会发生相分离的情况，如石墨中包含氮化硼相，或者氮化硼中包裹着石墨相。因此，促进其中任何一种相的生长对调控硼碳氮薄膜的相成分、结构和性能都具有重要的意义。制备硼碳氮薄膜的方法包括物理气相沉积法和化学气相沉积法，由于上述方法具有实验周期长，生长环境影响大，参数控制范围有限，使得通过改变上述方法的工艺参数难以调控薄膜结构成分，也难以调控硼碳氮薄膜中单一组相的生长。
技术实现思路
本专利技术提供了一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法，本专利技术提供的方法能够有效促进硼碳氮薄膜中氮化硼晶体的生长。本专利技术提供了一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法，包括以下步骤：(1)提供分布有金刚石籽晶的基底；(2)在基底的金刚石籽晶表面进行磁控溅射，得到含有氮化硼晶体的硼碳氮薄膜；所述步骤(2)中磁控溅射的靶材为含碳的氮化硼靶。优选的，所述金刚石籽晶的粒度为10～50nm。优选的，提供分布有金刚石籽晶的基底的方法包括：采用含有金刚石籽晶的砂纸抛光基底、在基底上刻蚀后分散金刚石籽晶或者将金刚石籽晶压制在基底上。优选的，所述磁控溅射包括以下步骤：(a)对磁控溅射腔室进行抽真空后加热基底，然后继续抽真空，再通入氩气至工作气压；(b)施加基底负偏压，设置靶溅射功率并起辉，进行薄膜溅射，得到硼碳氮薄膜。优选的，所述基底和靶材的距离为4～8cm。优选的，所述氩气的气流量为50～100sccm，所述工作气压为1～3Pa。优选的，所述薄膜溅射的功率为80～200W，薄膜溅射的时间为30min～3h。优选的，所述步骤(a)中基底加热后的温度为25～800℃。优选的，所述步骤(b)中基底负偏压为0～-200V。本专利技术提供了一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法，包括以下步骤：(1)提供分布有金刚石籽晶的基底；(2)在基底的金刚石籽晶表面进行磁控溅射，得到含有氮化硼晶体的硼碳氮薄膜；所述步骤(2)中磁控溅射的靶材为含碳的氮化硼靶。本专利技术在金刚石籽晶预处理过的基底上生长硼碳氮薄膜，金刚石籽晶作为立方氮化硼成核的良好起始界面，有效促进了薄膜中氮化硼纳米晶的生长，从而提高了硼碳氮薄膜的结晶度和薄膜中氮化硼的成分，对硼碳氮薄膜的生长提供了重要的实验依据，为硼碳氮薄膜在工业领域内的应用提供了新的方法。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的硼碳氮薄膜的SEM图；图2为本专利技术对比例1制备得到的硼碳氮薄膜的SEM图；图3为本专利技术实施例1和对比例1制备得到的硼碳氮薄膜的红外谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法，包括以下步骤：(1)提供分布有金刚石籽晶的基底；(2)在基底的金刚石籽晶表面进行磁控溅射，得到含有氮化硼晶体的硼碳氮薄膜；所述步骤(2)中磁控溅射的靶材为含碳的氮化硼靶。本专利技术提供分布有金刚石籽晶的基底。在本专利技术中，所述金刚石籽晶的粒度优选为10～50nm，进一步优选为20～40nm；本专利技术对金刚石晶籽层的厚度没有要求，只要将金刚石晶籽均匀分散到基底上即可。在本专利技术中，所述分布有金刚石籽晶的基底的制备方法优选包括：采用含有金刚石籽晶的砂纸抛光基底、在基底上刻蚀后分散金刚石籽晶或者将金刚石籽晶压制在基底上。本专利技术在传统的磁控溅射的过程中利用金刚石籽晶协助生长氮化硼晶体。在本专利技术中，金刚石籽晶的晶粒尺寸越小，薄膜的致密性、均匀性和连续性相较于大的纳米晶粒尺寸协同生长出来的薄膜更好。本专利技术优选在基底上分布金刚石籽晶之前，对基底依次进行清洗和氮气吹干处理，以保证金刚石籽晶的质量，进而有利于保证制备得到的硼碳氮薄膜中氮化硼晶体的质量。在本专利技术中，所述基底的材质优选包括硅、金刚石、石英、蓝宝石或玻璃。得到分布有金刚石籽晶的基底后，本专利技术在基底的金刚石籽晶表面进行磁控溅射，得到含有氮化硼晶体的硼碳氮薄膜。在本专利技术中，所述磁控溅射优选包括以下步骤：(a)对磁控溅射腔室进行抽真空后加热基底，然后继续抽真空，再通入氩气至工作气压；(b)施加基底负偏压，设置靶溅射功率并起辉，进行薄膜溅射，得到硼碳氮薄膜。本专利技术对磁控溅射腔室进行抽真空后加热基底，然后继续抽真空，再通入氩气至工作气压。本专利技术优选将磁控溅射腔室抽真空至背底真空后加热基底，所述背底真空优选为1×10-4Pa～1×10-5Pa，进一步优选为3×10-5Pa。本专利技术继续抽真空后的背底真空优选为1×10-4Pa～1×10-5Pa，进一步优选为3×10-5Pa。本专利技术优选将抽真空后的背底真空控制在上述范围内，有利于包括磁控溅射腔室中气体纯净，有利于提高最终得到的硼碳氮薄膜质量。在本专利技术中，所述加热基底优选在背底真空条件下进行。在本专利技术中，所述基底加热后的温度优选为25～800℃，进一步优选为200～800℃，更优选为300～600℃。在本专利技术中，所述氩气的气流量优选为50～100sccm，进一步优选为60～90sccm；所述工作气压优选为1～3Pa，进一步优选为1.5～2.5Pa。本专利技术优选将抽真空后腔室压力、基底温度、氩气气流量和工作气压控制在上述范围内，有利于制备得到硼碳氮薄膜。通氩气至工作气压后，本专利技术加基底负偏压，设置靶溅射功率并起辉，进行薄膜溅射，得到硼碳氮薄膜。在本专利技术中，所述基底负偏压优选为0～-200V，进一步优选为-100V。在本专利技术中，所述磁控溅射的靶材为含碳的氮化硼靶，所述含碳的氮化硼靶中碳含量优选为0.1～10％、氮化硼优选为六角氮化硼。在本专利技术中，所述基底和靶材的距离优选为4～8cm，进一步优选为5～7cm；所述溅射功率优选为80～200W，进一步优选为100～180W，更优选为120～160W。本专利技术优选将基底和靶材的距离以及溅射功率控制在上述范围内，有利于促进硼碳氮薄膜中氮化硼晶体的生长。本专利技术优选在薄膜溅射前进行预溅射，所述预溅射的时间优选为2～15min，进一步优选为5～10min，本专利技术对预溅射的具体操作没有特别要求，采用本领域技术人员所熟知的方法即可。在本专利技术中，所述预溅射有利于保证磁控靶工作稳定。预溅射完成后，本专利技术进行薄膜溅射。本专利技术在薄膜溅射过程中，电子在电场作用下加速飞向基底的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基底的过程中不断和氩原子碰撞，产生更多的氩离子和电子，氩离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶材，溅射出的中性的靶原子或分子沉积在基底上形成薄膜，由此制备得到硼碳氮薄膜。在本专利技术中，所述薄膜溅射的时间优选为30min～3h，进一步优选为1h～2.5h，更优选为2h。本专利技术在传统的磁控溅射的过程中利用金刚石籽晶协助生长氮化硼晶体。在本专利技术中，金刚石籽晶的晶粒尺寸越小，薄膜的致密性、均匀性和连续性相较于大的纳米晶粒尺寸协同生长出来的薄膜更好。本专利技术优选将金刚石籽晶的粒度尺寸控制为10～50nm，进一步优选为20～40nm，有利于制备得到致密性、均匀性和连续性好的硼碳氮薄膜。本专利技术在金刚石籽晶预处理过的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法，包括以下步骤：(1)提供分布有金刚石籽晶的基底；(2)在基底的金刚石籽晶表面进行磁控溅射，得到含有氮化硼晶体的硼碳氮薄膜；所述步骤(2)中磁控溅射的靶材为含碳的氮化硼靶。

【技术特征摘要】
1.一种调控硼碳氮薄膜中氮化硼晶体生长的方法，包括以下步骤：(1)提供分布有金刚石籽晶的基底；(2)在基底的金刚石籽晶表面进行磁控溅射，得到含有氮化硼晶体的硼碳氮薄膜；所述步骤(2)中磁控溅射的靶材为含碳的氮化硼靶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚石籽晶的粒度为10～50nm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供分布有金刚石籽晶的基底的方法包括：采用含有金刚石籽晶的砂纸抛光基底、在基底上刻蚀后分散金刚石籽晶或者将金刚石籽晶压制在基底上。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁控溅射包括以下步骤：(a)对磁控溅射腔室进行抽真空后加热基底，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷红，李宇婧，高伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22