氮化铝复合衬底的制备方法技术

一种氮化铝复合衬底的制备方法，属于单晶衬底技术领域。制备方法包括：提供氧化铝衬底；在氧化铝衬底的表面生长铝薄膜，得到生长有铝薄膜的氧化铝衬底；利用阳极氧化法在生长有铝薄膜的氧化铝衬底的表面刻蚀具有预设孔径和周期性的孔状纳米结构，使得生长有铝薄膜的氧化铝衬底转变为具有孔状纳米结构的氧化铝衬底；利用气相沉积的方式在具有孔状纳米结构的氧化铝衬底的表面沉积氮化铝薄膜，得到沉积有氮化铝薄膜的氧化铝衬底；对沉积有氮化铝薄膜的氧化铝衬底进行退火，得到氮化铝薄膜具有预设应变的氮化铝复合衬底。制备方法能有效地调控氮化铝薄膜在异质衬底上的应变且调整自由度高，简单易行，重复性高，成本低廉，易于产业化生产。化生产。

【技术实现步骤摘要】
氮化铝复合衬底的制备方法


[0001]本申请涉及单晶衬底
，具体而言，涉及一种氮化铝复合衬底的制备方法。

技术介绍

[0002]氮化铝单晶材料以其具有的高频压电性能，成为GHz频段射频滤波器件等的理想材料；此外，其具有的超宽禁带物理特性，使以其为基础的电子器件与光电子器件具有更宽的光学窗口以及更加优异的抗击穿性能。因此，实现高结晶质量的氮化铝单晶材料特别是薄膜材料，是推动其进一步大规模应用的前提条件。
[0003]但令人遗憾的是，目前，实现高结晶质量的氮化铝材料却依然是一项极具挑战的工作，特别是当其以蓝宝石、碳化硅等一系列异质衬底为基础进行生长时，氮化铝薄膜与衬底之间所具有的巨大应变会严重影响其结晶质量与表面形貌，因此如何解决氮化铝薄膜材料在异质衬底上的应变问题，已成为阻碍该领域发展的瓶颈型因素之一。
[0004]因此，寻找到一种有效调控氮化铝单晶复合衬底应变的方案，将对氮化铝材料器件的进一步发展具有重大意义。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种氮化铝复合衬底的制备方法，能有效地调控氮化铝薄膜在异质衬底上的应变。
[0006]本申请的实施例是这样实现的：
[0007]本申请实施例提供一种氮化铝复合衬底的制备方法，包括：
[0008]S1.提供氧化铝衬底；
[0009]S2.在氧化铝衬底的表面生长铝薄膜，得到生长有铝薄膜的氧化铝衬底；
[0010]S3.利用阳极氧化法在生长有铝薄膜的氧化铝衬底的表面刻蚀具有预设孔径和周期性的孔状纳米结构，使得生长有铝薄膜的氧化铝衬底转变为具有孔状纳米结构的氧化铝衬底；
[0011]S4.利用气相沉积的方式在具有孔状纳米结构的氧化铝衬底的表面沉积氮化铝薄膜，得到沉积有氮化铝薄膜的氧化铝衬底；
[0012]S5.对沉积有氮化铝薄膜的氧化铝衬底进行退火，得到氮化铝薄膜具有预设应变的氮化铝复合衬底。
[0013]本申请实施例提供的氮化铝复合衬底的制备方法，有益效果包括：
[0014]利用阳极氧化法在氧化铝衬底的表面制备高度有序的(具有预设孔径和周期性的)孔状纳米结构，结合后续的气相沉积氮化铝薄膜和退火的操作，在退火过程中，能够通过具有预设孔径和周期性的孔状纳米结构和氮化铝薄膜的热失配将氮化铝薄膜调控至预设应变状态。
[0015]该制备方法能够通过灵活地调控孔状纳米结构的孔径和周期性以及和氮化铝薄膜的体积比等，有效地调控二者的热失配，从而得到不同预设应变状态的氮化铝薄膜，应变
状态的调整自由度高。而且，该制备方法简单易行，重复性高，成本低廉，易于产业化生产。
具体实施方式
[0016]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0017]需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有说明，“一项或多项”中的“多项”的含义是指两项以上；“以上”、“以下”的含义包括本数在内；“数值a～数值b”的范围包括两端值“a”和“b”，“数值a～数值b+计量单位”中的“计量单位”代表“数值a”和“数值b”二者的“计量单位”。
[0018]下面将结合一些具体实施方式对本申请提供的氮化铝复合衬底的制备方法进行示例性的说明。
[0019]本申请实施例提供一种氮化铝复合衬底的制备方法，包括：
[0020]S1.提供氧化铝衬底；
[0021]S2.在氧化铝衬底的表面生长铝薄膜，得到生长有铝薄膜的氧化铝衬底；
[0022]S3.利用阳极氧化法在生长有铝薄膜的氧化铝衬底的表面刻蚀具有预设孔径和周期性的孔状纳米结构，使得生长有铝薄膜的氧化铝衬底转变为具有孔状纳米结构的氧化铝衬底；
[0023]S4.利用气相沉积的方式在具有孔状纳米结构的氧化铝衬底的表面沉积氮化铝薄膜，得到沉积有氮化铝薄膜的氧化铝衬底；
[0024]S5.对沉积有氮化铝薄膜的氧化铝衬底进行退火，得到氮化铝薄膜具有预设应变的氮化铝复合衬底。
[0025]本申请实施例提供的氮化铝复合衬底的制备方法，有益效果包括：
[0026]利用阳极氧化法在氧化铝衬底的表面制备高度有序的(具有预设孔径和周期性的)孔状纳米结构，结合后续的气相沉积氮化铝薄膜和退火的操作，在退火过程中，能够通过具有预设孔径和周期性的孔状纳米结构和氮化铝薄膜的热失配将氮化铝薄膜调控至预设应变状态。具体的，相较于凸起的纳米结构会继续生长形成具有张应变的氮化铝薄膜，凹陷的纳米结构具有较好的调控性，能实现氮化铝薄膜从强压应变、到弱压应变、到弱张应变、到强张应变的调整，也就是说能够根据需要调控实现继续成长得到具有不同张应变或者压应变的氮化铝薄膜。
[0027]该制备方法能够通过灵活地调控孔状纳米结构的孔径和周期性以及和氮化铝薄膜的体积比等，有效地调控二者的热失配，从而得到不同预设应变状态的氮化铝薄膜，应变状态的调整自由度高。而且，该制备方法简单易行，重复性高，成本低廉，易于产业化生产。
[0028]需要说明的是，在本申请中，氮化铝复合衬底的制备方法不限于仅包括S1～S5该五个步骤，在其中任意一个步骤之前或者之后，可以按照常规方式或者根据设计需要而增加其他步骤。
[0029]关于S1步骤：
[0030]氧化铝衬底可以根据需要选择具有特定晶体取向的蓝宝石衬底，其中，蓝宝石衬
底例如为六方相单晶蓝宝石衬底，晶向范围包括但不限于c面、a面、r面、m面，抛光形式包括单面抛光与双面抛光。
[0031]为了较好地在氧化铝衬底表面生长铝薄膜，在进行S2步骤之前，可以对氧化铝衬底进行清洗和烘干。
[0032]关于S2步骤：
[0033]铝薄膜是指材质主要为单质铝的薄膜。
[0034]生长铝薄膜的方式不限，可选地为气相沉积的方式，例如为物理气相沉积的方式，具体如磁控溅射方式，溅射条件为优先保证所制备铝膜具有较高的致密性，无孔洞以及无明显的结构缺陷。
[0035]S3步骤的阳极氧化过程是将S2步骤的铝薄膜氧化为氧化铝，并在此过程中形成备高度有序的(具有预设孔径和周期性的)孔状纳米结构，因此，控制铝薄膜具有合适的厚度，有利于更好地调控形成具有预设孔径、孔深和周期性的孔状纳米结构。具体的，当铝薄膜的厚度越大，孔状纳米结构的孔深等越大；在一定范围内，随着铝薄膜的厚度增大，调控作用越明显，能够使得氮化铝薄膜从强压应变转变到弱压应变、或者转变到弱张应变、甚至是转变到强张应变。但是，当铝薄膜的厚度过大，则会导致孔状纳米结构对表面影响过大，容易导致生长得到的氮化铝薄膜的表面十分不平整而无法满足使用需要。
[0036]基于此，在一些可能的实施方案中，铝薄膜的厚度为100nm～2μm，例如但不限于为100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝复合衬底的制备方法，其特征在于，包括：S1.提供氧化铝衬底；S2.在所述氧化铝衬底的表面生长铝薄膜，得到生长有铝薄膜的氧化铝衬底；S3.利用阳极氧化法在所述生长有铝薄膜的氧化铝衬底的表面刻蚀具有预设孔径和周期性的孔状纳米结构，使得所述生长有铝薄膜的氧化铝衬底转变为具有孔状纳米结构的氧化铝衬底；S4.利用气相沉积的方式在所述具有孔状纳米结构的氧化铝衬底的表面沉积氮化铝薄膜，得到沉积有氮化铝薄膜的氧化铝衬底；S5.对所述沉积有氮化铝薄膜的氧化铝衬底进行退火，得到所述氮化铝薄膜具有预设应变的氮化铝复合衬底。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3步骤的操作包括：将所述生长有铝薄膜的氧化铝衬底固定在阳极电极上，然后浸入电解液中进行阳极氧化；其中，所述电解液包括草酸与乙醇。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S3步骤的阳极氧化过程中，满足以下条件(a)～(d)中的至少一项；(a)所述电解液中，所述草酸的浓度为0.2mol/L～0.4mol/L；(b)处理温度为
‑
20℃～10℃；(c)电解电压为20V～40V；(d)处理时间为20min～40min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S4步骤中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新强，袁冶，刘上锋，康俊杰，罗巍，曹家康，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：