一种3C-SiC薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种3C‑SiC薄膜的制备方法，属于半导体材料技术领域。上述制备方法包括如下步骤：S1.选取石墨作为衬底；S2.选取金属催化剂和靶材，其中，金属催化剂为铜、银和金中的任意一种；所述靶材为Si靶；S3.使用金属催化剂和靶材在石墨上溅射沉积形成含有金属催化剂的Si膜；其中，金属催化剂的表面积与靶材的表面积比为0.02‑0.20；S4.将步骤S3得到的含有金属催化剂的Si膜进行真空热处理，即得到3C‑SiC薄膜。本发明专利技术工艺操作更为简便，形成的3C‑SiC薄膜结晶度高，在高温热处理下几乎未有薄膜皲裂发生，具有较好的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种3C-SiC薄膜的制备方法
本专利技术属于半导体材料
，特别涉及一种3C-SiC薄膜的制备方法。
技术介绍
3C-SiC是一种立方相碳化硅，具有热导率高、电子饱和速度高、击穿电压高、介电常数低等性能，在制备耐高温、大功率、高频及强辐射的半导体光电子器件等领域具有巨大的潜质。3C-SiC是一种能够在极端条件下使用的新一代宽禁带半导体材料。目前，制备SiC薄膜的主要方法有两种：化学气相沉积法和物理气相沉积的射频磁控溅射。化学气相沉积法是将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内进行化学反应，形成一种新的材料，沉积到基底上，生成的薄膜结构稳定，但是化学气相沉积用于薄膜生长的气体源(如SiH4、C3H8等)大部分属于易燃易爆且有毒有害的物品，对人体健康不利，且气体源利用率低，成本高。物理气相沉积的射频磁控溅射在真空条件下充惰性气体如氩(Ar)气至低压，因靶材和衬底之间施加射频交流电场作用，氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击靶材，靶材会被溅射出来而沉积到衬底表面，工艺过程简单，对环境较好，磁控溅射制备的SiC薄膜所用衬底一般是以高纯单晶硅片、玻璃片、蓝宝石或钢基为衬底，成本较高，不利于规模化生产，且SiC与衬底之间有较大的晶格失配，又热处理温度高，生成的SiC薄膜容易发生皲裂。因此，现在市场需要一种能够兼顾生产效率和生产质量的3C-SiC薄膜的制备方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述
技术介绍
中的技术问题，提供一种3C-SiC薄膜的制备方法，其能够解决目前生产3C-SiC薄膜难以同时兼顾生产效率和生产质量的制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种3C-SiC薄膜的制备方法，其包括如下步骤：S1.选取石墨作为衬底；S2.选取金属催化剂和靶材，其中，所述金属催化剂为铜、银和金中的任意一种；所述靶材为Si靶；S3.使用步骤S2的所述金属催化剂和步骤S2的所述靶材，步骤S1的所述石墨上溅射沉积，形成含有金属催化剂的Si膜层；其中，所述金属催化剂的表面积与所述靶材的表面积比为0.02-0.3；S4.将步骤S3得到的含有金属催化剂的Si膜进行真空热处理，即得到3C-SiC薄膜。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术在石墨衬底上，通过将金属催化剂、靶材一同进行溅射沉积，热处理过程中能够加快3C-SiC生成过程中的晶核再结晶，显著提高结晶度，同时在高温热处理下几乎未有薄膜皲裂发生，具有较好的质量；(2)本专利技术的溅射沉积工艺操作更为简便，能够有效控制催化剂金属箔的数量，有效控制靶材与金属催化剂的原子百分比，从而提高3C-SiC薄膜的质量；(3)本专利技术以石墨为衬底，石墨来源丰富，价格低廉，且对环境无污染，能够有效控制成本；(4)本专利技术石墨密度小、热膨胀系数小、化学稳定性高、熔点高和热导率高等优点，尤其在高温环境石墨和SiC两者之间的热膨胀系数非常接近，能够提高3C-SiC薄膜的性能；(5)石墨属于层状结构易于将其上面的3C-SiC薄膜进行机械剥离，可以实现在石墨衬底上制备的3C-SiC薄膜转移到其它衬底或器件上；(6)本专利技术通过限定金属催化剂的表面积与靶材的表面积比，能够控制3C-SiC薄膜的金属催化剂含量，操作方便。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，步骤S1中，所述石墨经过如下方法得到：取石墨片，进行单面抛光，再依次经丙酮和无水酒精清洗、去离子水清洗和吹干，即得。采用上述进一步方案的有益效果是：对石墨进行预处理能够去除石墨表面的有机物。进一步，所述石墨片为高纯石墨片。需要理解的是，上述高纯石墨片是指由高纯石墨材料加工而成，密度大于1.8g/cm3，抗压强度大于65MPa，抗折强度大于35MPa，比电阻小于10，灰分小于0.05。进一步，步骤S2还包括对所述金属催化剂进行预处理的步骤，具体如下：采用丙酮和无水酒精对所述金属催化剂进行一次超声波清洗，其后采用去离子水对经一次超声波清洗的所述金属催化剂进行二次超声波清洗，再吹干，得到预处理后的金属催化剂。采用上述进一步方案的有益效果是：对金属催化剂进行预处理能够去除金属催化剂表面的有机物，确保沉积3C-SiC薄膜不含杂质。进一步，步骤S3中，所述溅射沉积的条件为：真空度≤8.0×10-5Pa，溅射气压为1.0Pa-4.0Pa，氩气流量为10sccm-25sccm，溅射功率为80W-140W。采用上述进一步方案的有益效果是：本专利技术采用磁控共溅射法，工艺参数均较易控制，有助于促进3C-SiC薄膜的规模化生产。进一步，步骤S3中，所述Si膜厚度为220nm-840nm。采用上述进一步方案的有益效果是：通过控制膜的厚度，能够有效改善膜应力，进一步防止膜表面出现裂痕。进一步，步骤S3中，在所述溅射沉积之前，将步骤S2的所述金属催化剂和步骤S2的所述靶材进行溅射处理10min-15min。采用上述进一步方案的有益效果是：在所述溅射沉积之前，将金属催化剂和靶材进行溅射，能够去除金属催化剂和靶材上的氧化层。进一步，所述溅射处理的条件为：真空度≤8.0×10-5Pa，溅射气压为1.0Pa-4.0Pa，氩气流量为10sccm-25sccm，溅射功率为80W-140W。进一步，步骤S4中，所述真空热处理的具体方法是：于真空度≤8.0×10-4Pa的条件下，将步骤S3得到的所述含有金属催化剂的Si膜升温至950℃-1080℃，再保持温度1h-14h后进行自然降温。采用上述进一步方案的有益效果是：金属催化剂在高温时有良好的湿润性，对Si和C有很高的溶解度，能提高Si原子和C原子的相互扩散速率，能加快3C-SiC晶核的再结晶。进一步，所述自然降温的真空度≤2.0×10-3Pa。采用上述进一步方案的有益效果是：通过改善自然降温的真空度，有利于3C-SiC的薄膜的形成。附图说明图1为本专利技术在高纯石墨片上沉积560nm厚的Si膜，铜原子含量为不同百分比，温度为1080℃，保温时间为12h制备的样品的X射线衍射图；图2为本专利技术在高纯石墨片上沉积560nm厚的Si膜，没有铜，温度为1080℃，保温时间为12h制备的样品的扫描电子显微镜图；图3为本专利技术在高纯石墨片上沉积560nm厚的Si膜，铜为0.06at.％，温度为1080℃，保温时间为12h制备的样品的扫描电子显微镜图；图4为本专利技术在高纯石墨片上沉积560nm厚的Si膜，铜为0.10at.％，温度为1080℃，保温时间为12h制备的样品的扫描电子显微镜图；图5为本专利技术在高纯石墨片上沉积560nm厚的Si膜，铜为0.15at.％，温度为1080℃，保温时间为12h制备的样品的扫描电子显微镜图；图6为本专利技术在高纯石墨片上沉积560nm厚的Si膜，铜为0.36at.％，温度为1080℃，保温时间为12h制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1.选取石墨作为衬底；/nS2.选取金属催化剂和靶材，其中，所述金属催化剂为铜、银和金中的任意一种；所述靶材为Si靶；/nS3.使用步骤S2的所述金属催化剂和步骤S2的所述靶材，步骤S1的所述石墨上溅射沉积，形成含有金属催化剂的Si膜；/n其中，所述金属催化剂的表面积与所述靶材的表面积比为0.02-0.20；/nS4.将步骤S3得到的石墨衬底上含有金属催化剂的Si膜进行真空热处理，即得到3C-SiC薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种3C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.选取石墨作为衬底；
S2.选取金属催化剂和靶材，其中，所述金属催化剂为铜、银和金中的任意一种；所述靶材为Si靶；
S3.使用步骤S2的所述金属催化剂和步骤S2的所述靶材，步骤S1的所述石墨上溅射沉积，形成含有金属催化剂的Si膜；
其中，所述金属催化剂的表面积与所述靶材的表面积比为0.02-0.20；
S4.将步骤S3得到的石墨衬底上含有金属催化剂的Si膜进行真空热处理，即得到3C-SiC薄膜。


2.根据权利要求1所述的3C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述石墨经过如下方法得到：取石墨片，进行单面抛光，再依次经丙酮和无水酒精清洗、去离子水清洗和吹干，即得。


3.根据权利要求2所述的3C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，所述石墨片为高纯石墨片。


4.根据权利要求1所述的3C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S2还包括对所述金属催化剂进行预处理的步骤，具体如下：采用丙酮和无水酒精对所述金属催化剂进行一次超声波清洗，其后采用去离子水对经一次超声波清洗的所述金属催化剂进行二次超声波清洗，再吹干，即得到预处理后的金属催化剂。


5.根据权利要求1所述的3C-SiC薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：范梦慧，谢泉，艾学正，王凯，杨云飞，李鑫，
申请(专利权)人：贵州民族大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52