高c軸取向氮化鋁薄膜及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高c軸取向氮化鋁薄膜及其制備方法與應(yīng)用，屬于信息電子材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去的幾十年里，柔性電子由于輕便、便宜、可一次性使用等特點(diǎn)得到了廣泛關(guān)注。在平板顯示、傳感、生物等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。氮化鋁由于其具有高熱導(dǎo)率、高硬度、高恪點(diǎn)、色散小、聲速高、高的化學(xué)穩(wěn)定性、大的擊穿場(chǎng)強(qiáng)和低的介電損耗，可廣泛用于聲表面波器件、各種傳感器、能量搜集器中。通過材料的壓電特性，進(jìn)行聲電、力電轉(zhuǎn)換，進(jìn)行信息的傳遞、處理和能源轉(zhuǎn)換。
[0003]傳統(tǒng)的氮化鋁薄膜都是沉積在剛性基底上，如金剛石、藍(lán)寶石、單晶硅基片等。但是這些基片都是高硬度，剛性不可彎曲且價(jià)格昂貴。通常為了得到高c軸取向的氮化鋁薄膜，基片還必需加熱到很高的溫度。其工藝難以與傳統(tǒng)的CMOS (Complementary MetalOxide Semiconductor)工藝兼容。柔性襯底具有輕便，易成型，可彎曲，可以卷繞式連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。沿c軸取向的A1N具有非常好的壓電性和聲表面波高速傳輸性，因此制備高c軸取向A1N薄膜對(duì)柔性聲表面波器件相速和機(jī)電耦合系數(shù)的提高具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高c軸取向氮化鋁薄膜及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明利用成本低廉的二硫化鉬作為緩沖層，采用直流反應(yīng)磁控濺射直接在覆蓋了二硫化鉬的柔性襯底上沉積得到A1N薄膜，操作簡(jiǎn)單；本發(fā)明制備方法不但提高了 A1N薄膜的c軸取向，而且降低了 A1N薄膜的應(yīng)力。本發(fā)明A1N薄膜在用作聲表面波器件的壓電薄膜時(shí)，可使機(jī)電轉(zhuǎn)換效率增大，插入損耗減小，因此適合制備柔性傳感器等SAW器件。
[0005]本發(fā)明所提供的高c軸取向A1N薄膜的制備方法，包括如下步驟:將二硫化鉬旋涂于柔性襯底上得到二硫化鉬覆蓋的襯底；利用反應(yīng)濺射，在所述二硫化鉬覆蓋的襯底上進(jìn)行沉積得到所述A1N薄膜；
[0006]所述反應(yīng)濺射的工作氣體為氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w；
[0007]所述反應(yīng)濺射的靶材為鋁靶。
[0008]上述的制備方法中，所述柔性襯底可為柔性有機(jī)材料襯底；
[0009]所述柔性有機(jī)材料襯底可為有機(jī)材料薄膜；
[0010]所述有機(jī)材料薄膜可為聚酰亞胺薄膜或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜；
[0011]所述有機(jī)材料薄膜的厚度可為5?200 μ m，具體可為125 μ m。
[0012]上述的制備方法中，向所述柔性襯底上旋涂所述二硫化鉬之前，所述方法還包括用等離子體清洗所述柔性襯底的步驟；
[0013]所述等離子體為氬氣等離子體；
[0014]利用所述等離子體進(jìn)行清洗可按如下步驟進(jìn)行:將粘在玻璃基片上的所述柔性襯底放入等離子體刻蝕機(jī)中，抽本底真空到10 4Pa以下，充入氬氣使整個(gè)體系壓力維持在10 'Pa?10 3Pa，調(diào)屏極電壓、加速電壓、陽極電壓和陰極電流分別為550V?750V、50V?130V、50V?100V和1A?20A，開擋板，刻蝕2?15分鐘；刻蝕結(jié)束后，靜置10分鐘以上，充入氮?dú)?，取出粘在玻璃基片上的所述柔性襯底，其中，所述氬氣的純度為99.999%，所述氮?dú)獾募兌葹?9.999%。
[0015]上述的制備方法中，利用所述等離子體清洗所述柔性襯底之前，所述方法還包括如下步驟:用丙酮、乙醇和/或去離子水清洗所述柔性襯底，可采用超聲清洗，然后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0016]上述的制備方法中，采用如下步驟將所述二硫化鉬旋涂于所述柔性襯底上:將所述二硫化鉬分散于水或乙醇中得到二硫化鉬的分散液；將所述分散液滴在放置于均膠機(jī)的所述柔性襯底上，使所述均膠機(jī)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)烘干即可；
[0017]所述分散液的濃度可為0.05?lmg/mL，具體可為0.lmg/mL ；
[0018]控制所述均膠機(jī)以1000?5000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5?10s，使二硫化鉬均勻分布在所述柔性襯底上，之后將所述柔性襯底迅速移到100?120°C的加熱臺(tái)上，烘5?lOmin后待用，具體可以1000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5s，之后將襯底迅速移到120°C的加熱臺(tái)上，烘干10mino
[0019]上述的制備方法中，所述反應(yīng)濺射在真空度為10 6?10 4Pa的條件下進(jìn)行，所述真空度具體可為0.5X10 4Pa;
[0020]所述工作氣體中，所述氮?dú)馀c所述氬氣的體積比可為0.2?0.7:1，所述氬氣的純度為99.999%，所述氮?dú)獾募兌葹?9.999%。
[0021]控制所述工作氣體的流量可為6mL/min?60mL/min，具體可為6mL/min。
[0022]上述的制備方法中，所述反應(yīng)濺射可為直流反應(yīng)磁控濺射，所述反應(yīng)濺射的磁控濺射源可為平面靶磁控濺射源；
[0023]所述反應(yīng)派射的功率密度可為lW/cm2?5.5ff/cm 2，具體可為3W/cm2;
[0024]所述反應(yīng)濺射的溫度可為20°C?25°C ;
[0025]所述反應(yīng)派射的時(shí)間可為lOmin?150min，具體可為lOOmin ；
[0026]所述靶材與所述石墨烯覆蓋的襯底之間的距離可為6cm?8cm，具體可為7cm ;
[0027]所述工作氣體的壓力可為0.2Pa?0.8Pa，具體可為0.3Pa。
[0028]進(jìn)行所述反應(yīng)濺射時(shí)，是將所述二硫化鉬覆蓋的柔性襯底置于磁控濺射鍍膜機(jī)的基片臺(tái)上；所述反應(yīng)濺射完成后，還包括如下步驟:待基片臺(tái)溫度低于100°C，向所述磁控濺射鍍膜機(jī)的真空室中充入空氣至真空室內(nèi)壓力為大氣壓，取出所述A1N薄膜。
[0029]所述反應(yīng)濺射完成后，還包括向所述磁控濺射鍍膜機(jī)的真空室中充入空氣至真空室內(nèi)壓力為大氣壓，取出所制備的氮化鋁薄膜的步驟。
[0030]本發(fā)明還提供了由上述方法制備的A1N薄膜，其為壓電薄膜，其厚度為400?5000nm，如2500nm ;所述A1N薄膜具有高c軸取向。
[0031]本發(fā)明提供的A1N薄膜可用于制備高靈敏度的聲表面波傳感器。
[0032]通過本發(fā)明可以發(fā)現(xiàn)，以二硫化鉬作為緩沖層在柔性襯底上生長(zhǎng)A1N薄膜，不但提高了 A1N薄膜的c軸取向，而且降低了 A1N薄膜的應(yīng)力
[0033]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0034]本發(fā)明濺射過程中不必將柔性襯底進(jìn)行加熱或者冷卻處理，且不需在柔性襯底與氮化鋁之間插入任何金屬過渡層，不需要加入任何輔助能量，比如紫外輻照等；二硫化鉬緩沖層可以顯著提高氮化鋁的織構(gòu)強(qiáng)度，降低表面粗糙度。此外，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。本發(fā)明采用二硫化鉬做緩沖層有效地緩解了襯底層與A1N層之間的晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配的問題，使得本發(fā)明制備的A1N薄膜中的應(yīng)力比較低得到的氮化鋁薄膜具有高c軸取向、高壓電系數(shù)d33和低的表面粗糙度，可應(yīng)用于柔性電子等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所用磁控濺射鍍膜機(jī)的剖面示意圖，其