制备非均匀应力同质结薄膜的方法技术

一种制备非均匀应力同质结薄膜的方法，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完全溶解，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/目标衬底结构上形成目标薄膜；自支撑薄膜与目标衬底为具有不同晶格常数的不同种材料。本发明专利技术的方法灵活，简易且能够普适性地得到非均匀应力同质结薄膜。到非均匀应力同质结薄膜。到非均匀应力同质结薄膜。

【技术实现步骤摘要】
制备非均匀应力同质结薄膜的方法


[0001]本专利技术属于材料领域。具体地，本专利技术涉及制备非均匀应力同质结薄 膜的方法。

技术介绍

[0002]薄膜材料如氧化物薄膜、氮化物薄膜等拥有丰富的物理性质，在科学 研究以及生产生活中具有重要的意义。通常高质量的单晶薄膜都是通过外 延生长的方式获得，而这也通常意味着外延的薄膜会受到衬底的约束。单 晶薄膜中的应力状态会对薄膜物性产生巨大影响，薄膜中的应力状态以及 其对物性的调控是一个重要的研究方向。
[0003]目前主流的薄膜外延方式如化学气相沉积(CVD)，脉冲激光沉积 (PLD)，分子束外延(MBE)均是在均匀的单晶衬底上外延生长出均匀 的薄膜，外延出的薄膜中应力状态也是均匀的。
[0004]在同一薄膜中实现不同的应力状态是一个新的探索方向。同一薄膜中 出现不同的应力状态对薄膜电学性能以及相关的谱学测试都有很大的影 响，研究处于非均匀应力状态下的薄膜具有重要的意义。
[0005]因此目前急需一种制备非均匀应力同质结薄膜的方法。

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非均匀应力同质结薄膜的方法。 通过本专利技术的方法制备得到的非均匀应力薄膜可以表现出与单一均匀应 力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“不同种材料”是指具有同种晶体结构(即 相同的原子堆叠方式)，且元素组成不相同的材料。
[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％。本专利技术提供一种制备非均匀 应力同质结薄膜的方法，其包括如下步骤：
[0010](1)在初始衬底上形成牺牲层，以获得牺牲层/初始衬底结构；
[0011](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；
[0012](3)将所述自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底置于能够溶解牺牲层的溶液 中直至牺牲层完全溶解，使得自支撑薄膜与初始衬底脱离接触，获得自支 撑薄膜；
[0013](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，获得不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构；
[0014](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，即获得非均匀应力同质结薄膜；
[0015]其中，所述自支撑薄膜与目标衬底为具有不同晶格常数的不同种材 料。
[0016]本专利技术的方法可以普适地制备自支撑薄膜并实现自支撑薄膜的转移。 自支撑薄膜和目标衬底只需是具有不同晶格常数的不同种材料即可。在本 专利技术中，对自支撑薄膜和目标衬底的晶面没有特殊限定，二者的晶面可以 相同，也可以不同。通过本专利技术的方法可生长各种高质量的非均匀应力同 质结薄膜。
[0017]自支撑薄膜和目标衬底之间晶格常数的不同导致其上生长的目标薄 膜受到应力的作用不同。例如，目标薄膜的晶格常数大于自支撑薄膜的晶 格常数，则使得目标薄膜在自支撑薄膜上生长时受到自支撑薄膜给予的压 应力；反之，目标薄膜的晶格常数小于自支撑薄膜的晶格常数，则使得目 标薄膜在自支撑薄膜上生长时受到自支撑薄膜给予的拉应力。同样，目标 薄膜的晶格常数大于目标衬底的晶格常数，则使得目标薄膜在目标衬底上 生长时受到目标衬底给予的压应力；反之，目标薄膜的晶格常数小于目标 衬底的晶格常数，则使得目标薄膜在目标衬底上生长时受到目标衬底给予 的拉应力。
[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、目标衬底和目标 薄膜彼此之间是晶格适配的。
[0021]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；
[0022]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：
[0023](3)将所述保护层/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；
[0024](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 底结构中的保护层去除，获得自支撑薄膜/目标衬底结构。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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， 在自支撑薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备非均匀应力同质结薄膜的方法，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/初始衬底置于能够溶解牺牲层的溶液中直至牺牲层完全溶解，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，即获得非均匀应力同质结薄膜；其中，所述自支撑薄膜与目标衬底为具有不同晶格常数的不同种材料。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、目标衬底和目标薄膜彼此之间是晶格适配的。5.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，将所述自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构置于能够溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣东珂，金桥，林珊，陈盛如，洪海涛，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：