制备异晶面同质结薄膜的方法技术

一种制备异晶面同质结薄膜的方法，包括：(1)在初始衬底上形成牺牲层，获得牺牲层/初始衬底结构；(2)在牺牲层上形成自支撑薄膜，获得自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构；(3)将自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构置于能够溶解牺牲层的溶液中直至牺牲层溶解，使得自支撑薄膜与初始衬底脱离接触，获得自支撑薄膜；(4)将自支撑薄膜以不完全覆盖目标衬底的方式转移至目标衬底上，以获得自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构；(5)在自支撑薄膜/目标衬底上形成目标薄膜，即获得异晶面同质结薄膜；其中，自支撑薄膜与目标衬底为同种材料且具有不同的晶面。本发明专利技术的方法灵活、简易且能够普适性地制得异晶面同质结薄膜。简易且能够普适性地制得异晶面同质结薄膜。简易且能够普适性地制得异晶面同质结薄膜。

【技术实现步骤摘要】
制备异晶面同质结薄膜的方法


[0001]本专利技术属于材料领域。具体地，本专利技术涉及制备异晶面同质结薄膜的方法。

技术介绍

[0002]薄膜材料如氧化物薄膜等具有丰富的物性，如超导、磁电、多铁性等等，在凝聚态物理中具有重要的意义。而相对于单一的薄膜材料，异质结将不同材料、不同应力状况或不同晶面耦合起来，能诱导出更新奇的物性，这在实验研究以及实际应用中都有很重要的意义。
[0003]目前主流获得异质结的方式是通过异质外延，异质外延是在已有材料基础上外延生长出另外的薄膜材料，其具有高的质量。但是这种方法具有诸多限制，如异质外延对晶格的适配度要求很高，同时异质外延由于受到衬底的夹持作用，其诸多物性可能都会受到抑制。此外，生长条件差别较大的材料难以通过异质外延的方式耦合在一起。
[0004]在种类繁多的异质结中，异晶面同质结是一个新兴的研究方向。异晶面同质结即在同一薄膜中出现不止一个晶面取向，此时薄膜可能会表现出与单晶薄膜不同的电学输运以及电磁学性质。外延生长薄膜对衬底有着较高的要求，过去人们只能在单一衬底上生长薄膜，生长的薄膜受单一衬底的限制，具有单一的晶相。目前并没有现有技术公开过如何制备得到异晶面同质结。
[0005]因此，目前急需一种制备异晶面同质结薄膜的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种普适的制备异晶面同质结薄膜的方法。通过本专利技术的方法制得的异晶面同质结薄膜可以表现出与单晶薄膜不同的电学输运以及电磁学性质。
[0007]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的。
[0008]在本专利技术的上下文中，术语“同种材料”是指具有同种晶体结构(即相同的原子堆叠方式)，且元素配比相同的材料。
[0009]在本专利技术的上下文中，术语“晶格适配”是指各材料彼此之间的晶格失配率小于等于5％。比如，A材料和B材料晶格适配是指(A材料的晶格常数
‑
B材料的晶格常数)/A材料的晶格常数≤5％，当然，这种情况下，A材料的晶格常数大于B材料的晶格常数。如果B材料的晶格常数大于A材料的晶格常数，则A材料和B材料晶格适配是指(B材料的晶格常数
‑
A材料的晶格常数)/B材料的晶格常数≤5％。
[0010]本专利技术提供一种制备异晶面同质结薄膜的方法，其包括如下步骤：
[0011](1)在初始衬底上形成牺牲层，以获得牺牲层/初始衬底结构；
[0012](2)在所述牺牲层/初始衬底结构的牺牲层上形成自支撑薄膜，以获得自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构；
[0013](3)将所述自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构置于能够溶解牺牲层的溶液中直至牺牲层溶解，使得自支撑薄膜与初始衬底脱离接触，获得自支撑薄膜；
[0014](4)将所述自支撑薄膜以不完全覆盖目标衬底的方式转移至目标衬底上，以获得自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构；
[0015](5)在所述自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构上形成目标薄膜，即获得异晶面同质结薄膜；
[0016]其中，所述自支撑薄膜与目标衬底属于同种材料但是具有不同的晶面。
[0017]本专利技术的方法可以普适地制备自支撑薄膜并且实现自支撑薄膜的转移。自支撑薄膜和目标衬底只需是同种材料和不同晶面即可。通过本专利技术的方法可生长各种高质量的异晶面同质结。
[0018]优选地，在本专利技术所述的方法中，所述自支撑薄膜、牺牲层和初始衬底彼此之间是晶格适配的。
[0019]优选地，在本专利技术所述的方法中，所述自支撑薄膜为STO、牺牲层为SAO，并且所述初始衬底为LSAT或STO。
[0020]优选地，在本专利技术所述的方法中，所述自支撑薄膜、牺牲层和初始衬底彼此之间晶面相同。
[0021]优选地，在本专利技术所述的方法中，所述自支撑薄膜、目标衬底和目标薄膜彼此之间是晶格适配的。
[0022]优选地，在本专利技术所述的方法中，所述方法还包括，在步骤(3)中，将所述自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构置于能够溶解牺牲层的溶液中之前，在所述自支撑薄膜上形成保护层以获得保护层/自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构的步骤；
[0023]步骤(3)和步骤(4)则分别相应地通过包括如下步骤的方法进行：
[0024](3)将所述保护层/自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底置于能够溶解牺牲层的溶液中直至牺牲层溶解，使得保护层/自支撑薄膜与初始衬底脱离接触，获得保护层/自支撑薄膜结构；
[0025](4)将所述保护层/自支撑薄膜结构以自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的方式转移至目标衬底上，以获得自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的保护层/自支撑薄膜/目标衬底结构；之后，将所述保护层/自支撑薄膜/目标衬底中的保护层去除，获得自支撑薄膜/目标衬底结构。
[0026]优选地，在本专利技术所述的方法中，所述保护层选自PDMS、热释放胶带、PMMA和金属中的一种或几种。
[0027]优选地，在本专利技术所述的方法中，所述金属选自金、银和铂中的一种或几种。
[0028]优选地，在本专利技术所述的方法中，所述步骤(1)中的在初始衬底上形成牺牲层、步骤(2)中的在所述牺牲层上形成自支撑薄膜以及步骤(5)中的在所述自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构上形成目标薄膜各自独立地通过选自脉冲激光沉积、分子束外延、化学气相沉积或者磁控溅射的方法形成。
[0029]在本专利技术的具体实施方案中，采用脉冲激光沉积来实施本专利技术的方法，其包括以下步骤：(1)准备生长用靶材以及原始衬底：将牺牲层的靶材和自支撑薄膜的靶材装入腔体，将原始衬底贴于真空腔室中；通过机械泵和分子泵将腔室内抽到1
×
10
‑7托以下，达到薄膜生长时需要的真空度，并调节生长所需要的氧压如3
×
10
‑2托，然后升温到薄膜生长的温度，如700℃。(2)清洗靶材：调节激光器频率以及能量，如3Hz 100mW，让激光先轰击靶材，清
洗靶材表面5分钟，此时关好基片挡板，不生长薄膜。(3)生长薄膜：先调至牺牲层的靶材，打开基片挡板，开始生长牺牲层，同时计时，通过生长时间控制厚度，牺牲层结束后关闭基片挡板，同时切换至自支撑薄膜的靶材，开始生长自支撑薄膜。(4)获得自支撑薄膜：将生长完牺牲层和自支撑薄膜的样品取出，置于能够溶解牺牲层的溶液如去离子水中。待牺牲层彻底溶解后，自支撑薄膜漂浮于水面上。供选择地，在自支撑薄膜表面覆盖一层保护层，保护层携带自支撑薄膜漂浮于水面上。(5)转移自支撑薄膜至目标衬底：可通过目标衬底直接捞起自支撑薄膜，此过程应尤其小心操作，避免破坏自支撑薄膜；捞起之后小心吹干自支撑薄膜。供选择地，先捞起保护层/自支撑薄膜，再将其贴到目标衬底上，最后通过加热或溶解的方式去除保护层。(6)生长目标薄膜，即异晶面同质结薄膜：重复步骤(1)至(3)，只是靶材换成目标薄膜的靶材，贴进腔室的样品为自支撑薄膜/目标衬底的组合。
[0030]在本专利技术的具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备异晶面同质结薄膜的方法，其包括如下步骤：(1)在初始衬底上形成牺牲层，以获得牺牲层/初始衬底结构；(2)在所述牺牲层/初始衬底结构的牺牲层上形成自支撑薄膜，以获得自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构；(3)将所述自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构置于能够溶解牺牲层的溶液中直至牺牲层溶解，使得自支撑薄膜与初始衬底脱离接触，获得自支撑薄膜；(4)将所述自支撑薄膜以不完全覆盖目标衬底的方式转移至目标衬底上，以获得自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构；(5)在所述自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构上形成目标薄膜，即获得异晶面同质结薄膜；其中，所述自支撑薄膜与目标衬底为同种材料且具有不同的晶面。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自支撑薄膜、牺牲层和初始衬底彼此之间是晶格适配的。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自支撑薄膜为STO、牺牲层为SAO，并且所述初始衬底为LSAT或STO。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自支撑薄膜、牺牲层和初始衬底彼此之间晶面相同。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自支撑薄膜、目标衬底和目标薄膜彼此之间是晶格适配的。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括，在步骤(3)中，将所述自支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣东珂，金桥，林珊，陈盛如，金奎娟，郭尔佳，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：