脉冲激光沉积制备硅基金红石相TiO2薄膜的方法
专利汇可以提供脉冲激光沉积制备硅基金红石相TiO2薄膜的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 脉冲激光沉积 制备 硅 基金红石相TiO2 薄膜 的方法。先将清洗后的Si基片和纯度大于等于99.9％的二 氧 化 钛 靶放入 真空 室中，再将真空室抽真空到1×10－3－6×10－3Pa，通入0.5Pa－5Pa的氩气气氛，或者通入0.05Pa－0.5Pa的氧气气氛，并将Si基片加热到500－800℃；然后采用KrF准分子 激光器 ，将激光通过透镜聚焦到二氧化钛靶材上， 激光束 的 能量 为340－750mJ，激光重复 频率 为1－10Hz，产生的二氧化钛 等离子体 向外发射至Si基片上，得到金红石相的纳米二氧化钛薄膜。本发明采用二氧化钛靶材，改变脉冲激光沉积过程中的参数，在硅基片上直接生长纯金红石相的TiO2薄膜。本发明方法简单，薄膜组分均匀，且具有良好的结晶性能。本发明方法可以较好地与传统 半导体 工艺相衔接，具有较好的应用前景。，下面是脉冲激光沉积制备硅基金红石相TiO2薄膜的方法专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及半导体薄膜生长领域，具体涉及一种脉冲激光沉积制备硅 基金红石相TiO2薄膜的方法。
背景技术
目前在硅基上制备二氧化钛薄膜的方法通常有溶胶-凝胶法、化学气 相沉积法、磁控溅射法、电化学制备法以及脉冲激光沉积法等。其中脉冲 激光沉积方法由于具有污染小、改变薄膜沉积条件比较简便、可以较好地 保持薄膜和靶材的同组份等优点而在TiO2薄膜的研究中被广泛地采用。但 是至今还未见采用脉冲激光沉积法在硅基片上直接生长金红石相TiO2薄膜 的报道。目前采用脉冲激光沉积方法制备金红石相二氧化钛薄膜的报道主 要集中在Al2O3基片上。而采用脉冲激光沉积方法在硅基片上制备的TiO2 薄膜一般都是呈现出锐钛矿和金红石的混合相，或者是需要对沉积的薄膜 进行长时间高温退火(＞800℃)处理才能得到金红石相TiO2薄膜。例如Luca D等人在2006年报道的，采用金属钛靶，在氧气的气氛中，150-500℃的基 片温度条件下，在硅基片上用脉冲激光沉积法制备的TiO2薄膜呈现锐钛矿 相和金红石相混合共存状态(Characterization of titania thin films prepared by reactive pulsed-laser ablation，脉冲激光沉积法制备二氧化钛薄膜的特性研 究，Surface Science，600：4342-4346)，这种锐钛矿相和金红石相混合存 在的状态限制了二氧化钛薄膜在室温铁磁材料、光电转换等方面的应用。
发明内容
本发明提供的脉冲激光沉积制备硅基金红石相TiO2薄膜的方法，其步 骤包括：
(1)将清洗后的Si基片和纯度大于等于99.9％的二氧化钛靶放入真空 室中，再将真空室抽真空到1×10-3-6×10-3pa，通入0.5Pa-5Pa的氩气气氛， 或者通入0.05Pa-0.5Pa的氧气气氛，并将Si基片加热到500-800℃；
(2)采用KrF准分子激光器，将激光通过透镜聚焦到二氧化钛靶材上， 激光束的能量为340-750mJ，激光重复频率为1-10Hz，产生的二氧化钛等 离子体向外发射至Si基片上，得到金红石相的纳米二氧化钛薄膜。
本发明方法是在硅基片上直接生长锐钛矿相二氧化钛纳米薄膜，通过 控制真空室内的气压、基片温度和脉冲激光的能量从而控制在硅基片上生 长锐钛矿相二氧化钛纳米薄膜。本发明方法简单，薄膜组分均匀，且具有 良好的结晶性能。由于硅基片在半导体工业中应用广泛，并且本发明方法 可以较好地与传统半导体工艺相衔接，本发明方法具有较好的应用前景。
附图说明
图1为750℃时沉积的金红石相二氧化钛薄膜的X射线衍射(XRD) 图谱；
图2为750℃时沉积的金红石相二氧化钛薄膜表面的扫描电子显微镜 (SEM)图。
具体实施方式：
下面举例对本发明方法作进一步详细的说明。
实施例1
1.将清洗后的硅基片和纯度为99.9％的二氧化钛靶材放入脉冲激光沉 积设备的真空室内，用分子泵将真空泵抽到1×10-3pa，然后通入氩气，氩气 压力控制在5Pa，同时将基片加热到温度为750℃。
2.打开准分子激光器，用能量为500mJ的KrF准分子脉冲激光聚焦到 二氧化钛靶材上，激光重复频率为5Hz，轰击二氧化钛靶材，产生的二氧 化钛等离子体向外发射至Si基片上进行沉积，沉积时间为20分钟，XRD 测定结果见图1，表明制备出的二氧化钛薄膜为金红石相。SEM对薄膜的 表面测定结果见图2，可以看到薄膜晶粒排列很致密。
实施例2
1、将清洗后的硅基片和纯度为99.9％的二氧化钛靶材放入脉冲激光沉 积设备的真空室内，用分子泵将真空泵抽到6×10-3pa，然后通入氩气，氩气 压力控制在5Pa，同时将基片加热到温度为500℃。
2、打开准分子激光器，用能量为550mJ的KrF准分子脉冲激光聚焦到 二氧化钛靶材上，激光重复频率为10Hz，轰击二氧化钛靶材，产生的二氧 化钛等离子体向外发射至Si基片上，进行20分钟的沉积，在硅基片上得到 了金红石相纳米二氧化钛薄膜。
实施例3
1、将清洗后的硅基片和纯度为99.99％的二氧化钛靶材放入脉冲激光 沉积设备的真空室内，用分子泵将真空泵抽到6×10-3pa，然后通入氩气，氩 气压力控制在5Pa，同时将基片加热到温度为500℃。
2、打开准分子激光器，用能量为750mJ的KrF准分子脉冲激光聚焦到 二氧化钛靶材上，激光重复频率为1Hz，轰击二氧化钛靶材，产生的二氧 化钛等离子体向外发射至Si基片上，进行20分钟的沉积之后在硅基片上得 到了金红石相纳米二氧化钛薄膜。
实施例4
1.将清洗后的硅基片和纯度为99.99％的二氧化钛靶材放入脉冲激光 沉积设备的真空室内，用分子泵将真空泵抽到2×10-3pa，然后通入氧气，氧 气压力控制在0.05Pa，同时将基片加热到温度为750℃。
2.打开准分子激光器，用能量为340mJ的KrF准分子脉冲激光聚焦到 二氧化钛靶材上，激光重复频率为5Hz，轰击二氧化钛靶材，产生的二氧 化钛等离子体向外发射至Si基片上，进行20分钟的沉积之后在硅基片上得 到了金红石相纳米二氧化钛薄膜。
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