一种制备具有金字塔结构的Fe薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备具有金字塔结构的Fe薄膜的方法。该方法包括：步骤（1）：选择高纯金属铁靶（纯度99.99%）作为溅射靶材，将靶材放入磁控溅射室；步骤（2）：对该单晶硅衬底依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，将处理后的单晶硅衬底放入磁控溅射室样品台；步骤（3）：工作气体是氩气，调节溅射气压、励磁电流、溅射电流以及样品台的旋转速率，经过一定的时间溅射制备Fe薄膜。本发明专利技术在没有施加直流偏置电压的条件下，通过适当控制溅射氩气气压、励磁电流、溅射电流等条件，在单晶硅基片上制备出具有金字塔结构的Fe薄膜。本发明专利技术在单晶硅片上制备金字塔结构的Fe薄膜，制造过程简单，有广阔的产业化前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铁薄膜材料，属于金属薄膜生长与磁控溅射两个
，具体涉及一种利用磁控溅射法大面积生长金字塔结构的Fe薄膜的方法。
技术介绍
纳米结构的Fe薄膜，作为一种新型材料在许多领域有着广泛的应用。如在信息存储
可作为高密度磁记录介质和纳米薄膜探头，也可作为制作其他纳米材料的基体如碳纳米管生长基。此外，生长在半导体或绝缘体基片的Fe薄膜在新型异质结构半导体器件中的应用，引起了人们的广泛关注。不同的应用领域对薄膜的形貌结构和性能有着不同的要求，如金属薄膜表面具有针尖结构可望应用在场发射平板显示方面，针尖结构使得功函数更低从而产生更高的电流密度。 而不同制备工艺条件下生长的Fe薄膜表面形貌、组织结构、性能不同。目前纳米Fe薄膜的制备方法主要有两种一是利用化学法制备Fe薄膜，如化学气相沉积法(CVD)。此方法采用羟基铁直接分解的方法制备纳米Fe薄膜，原料价格很高，不易实现大规模的制备。另一种是利用物理气相沉积法(PVD)，如离子束溅射法、脉冲激光沉积法、磁控溅射法等技术。对于离子束溅射法，此方法使用仪器设备较为复杂、沉积速率过慢、成本较高，不易于大规模制备，同时制备的Fe薄膜表面形貌较为平整，晶粒无明显晶体学特征。脉冲激光沉积技术经脉冲激光束聚焦后，虽然可以在极短的时间内加热熔化、气化靶原子，但在基片上易形成球状Fe纳米颗粒薄膜。利用磁控溅射法制备薄膜，此方法使用仪器设备较为简单、沉积速率较快、成本较低，易于大规模制备薄膜。目前人们采用单晶硅为生长基片，制备的Fe薄膜表面形貌为颗粒状结构，利用磁控溅射方法制备金字塔结构表面形貌的Fe薄膜尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种利用磁控溅射技术生长金字塔结构的Fe薄膜方法，该方法可以得到结晶完整、具有(100)择优取向、形貌颗粒均匀性较高和金字塔结构的Fe薄膜。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的，采用磁控溅射设备，由以下步骤实现步骤(I):靶材选取选择高纯金属铁靶(纯度99. 99%)作为溅射靶材，将靶材放入磁控溅射室；步骤(2):衬底处理选择单面抛光单晶硅片为生长基片；对该单晶硅衬底依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，将处理后的单晶硅衬底放入磁控溅射室样品台；步骤(3):制备Fe薄膜磁控溅射室的真空度小于等于3X 10_4Pa，工作气体是氩气，调节溅射气压、励磁电流、溅射电流以及样品台的旋转速率，经过一定的时间溅射制备Fe薄膜。本专利技术的制备具有金字塔结构的Fe薄膜的方法，所述步骤(2)中，单晶硅衬底是(100)，(111)晶面。本专利技术的制备具有金字塔结构的Fe薄膜的方法，所述步骤(3)中，氩气纯度是99. 999%，溅射气压是2. OPa,氩气流量是20sCCm，励磁电流是3. 5A，溅射电压是280V，溅射电流范围是O. IA^O. 5A，靶材到衬底的距离是70mm，靶材斜对衬底溅射，靶材平面法线方向与衬底平面法线方向夹角是30°，溅射时样品台旋转速率5转/分，沉积时间为60 240min,薄膜厚度小于2. O μ m。借由上述技术方案，本专利技术具有的优点和有益效果如下 I)本专利技术的制备方法是在没有外加直流偏压的条件下，在单晶硅片上制备出金字塔结构的金属Fe薄膜；2)本专利技术的制备方法得到的金属Fe薄膜内结晶完整，各晶粒的晶体学特征明显；3)本专利技术的制备过程简单、成本低廉、易于实现，可产业化，适用于包括导体、半导体和绝缘体在内的各种不同导电性能的基片。附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合附图和具体较佳实施例对本专利技术作进一步的说明，其中图la、Ib是本专利技术建立的实施例I的Fe薄膜的SEM图；分别对应Si (100)衬底上溅射功率56W沉积的Fe薄膜形貌及截面图；图2a、2b是本专利技术建立的实施例2的Fe薄膜的SEM图；分别对应Si (100)衬底上溅射功率84W沉积的Fe薄膜形貌及截面图；图3a、3b是本专利技术建立的实施例3的Fe薄膜的SEM图；分别对应Si (100)衬底上溅射功率112W沉积的Fe薄膜形貌及截面图；图4a、4b是本专利技术建立的实施例4的Fe薄膜的SEM图；分别对应Si (111)衬底上溅射功率56W沉积的Fe薄膜形貌及截面图。图5是分别对应本专利技术建立的实施例f 4的Fe薄膜的XRD谱。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细的说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，并且给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例I本实施例包括以下步骤步骤(I):靶材选取选择高纯金属铁靶(纯度99. 99%)作为溅射靶材，将靶材放入磁控溅射室；步骤(2):衬底处理选择单面抛光(100)晶面的单晶硅片为生长基片；对该单晶硅衬底依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，并将处理后的单晶硅衬底放入磁控溅射室样品台；步骤(3):制备Fe薄膜溅射制备金字塔结构Fe薄膜；磁控溅射室的真空度小于等于3X 10_4Pa，工作气体是纯度是99. 999%的氩气，溅射气压是2. OPa,氩气流量是20sCCm，励磁电流是3. 5A，溅射电压是280V，溅射电流是O. 2A，靶材到衬底的距离是70mm，靶材斜对衬底溅射，靶材平面法线方向与衬底平面法线方向夹角是30°，溅射时样品台旋转速率5转/分，沉积时间为240min，制备的Fe薄膜厚度是1827nm，如图la、Ib及图5所示。实施例2本实施例包括以下步骤步骤(I):靶材选取 选择高纯金属铁靶(纯度99. 99%)作为溅射靶材，将靶材放入磁控溅射室；步骤(2):衬底处理选择单面抛光(100)晶面的单晶硅片为生长基片。对该单晶硅衬底依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，将处理后的单晶硅衬底放入磁控溅射室样品台；步骤(3):制备Fe薄膜溅射制备金字塔结构Fe薄膜。磁控溅射室的真空度小于等于3X 10_4Pa，工作气体是纯度是99. 999%的氩气，溅射气压是2. OPa,氩气流量是20sCCm，励磁电流是3. 5A，溅射电压是280V，溅射电流是O. 3A，靶材到衬底的距离是70mm，靶材斜对衬底溅射，靶材平面法线方向与衬底平面法线方向夹角是30°，溅射时样品台旋转速率5转/分，沉积时间为90min,制备的Fe薄膜厚度是1113nm,如图2a、2b及图5所示。实施例3本实施例包括以下步骤步骤(I):靶材选取选择高纯金属铁靶(纯度99. 99%)作为溅射靶材，将靶材放入磁控溅射室；步骤(2):衬底处理选择单面抛光(100)晶面的单晶硅片为生长基片。对该单晶硅衬底依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，将处理后的该单晶硅衬底放入磁控溅射室样品台；步骤(3):制备Fe薄膜溅射制备金字塔结构Fe薄膜。磁控溅射室的真空度小于等于3X 10_4Pa，工作气体是纯度是99. 999%的氩气，溅射气压是2. OPa,氩气流量是20sCCm，励磁电流是3. 5A，溅射电压是280V，溅射电流是O. 4A,靶材到衬底的距离是70mm，靶材斜对衬底溅射，靶材平面法线方向与衬底平面法线方向夹角是30°，溅射时样品台旋转速率5转/分，沉积时间为60min,制备的Fe薄膜厚度是983nm,如图3a、3b及图5所示。实施例4本实施例包括以下步骤步骤(I)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有金字塔结构的Fe薄膜的方法，其特征在于：采用磁控溅射设备，在单晶硅基片上制备出具有金字塔形貌的Fe薄膜，具体包括以下步骤：步骤（1）：靶材选取选择高纯金属铁靶（纯度99.99%）作为溅射靶材，将靶材放入磁控溅射室；步骤（2）：衬底处理选择单面抛光单晶硅片为生长基片；对该单晶硅衬底依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，将处理后的单晶硅衬底放入磁控溅射室样品台；步骤（3）：制备Fe薄膜磁控溅射室的真空度小于等于3×10？4Pa，工作气体是氩气，调节溅射气压、励磁电流、溅射电流以及样品台的旋转速率，经过一定的时间溅射制备Fe薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，陈弟虎，何振辉，莫康信，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：