CN100557073C - 一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法 - Google Patents
一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100557073C CN100557073C CNB2006100890475A CN200610089047A CN100557073C CN 100557073 C CN100557073 C CN 100557073C CN B2006100890475 A CNB2006100890475 A CN B2006100890475A CN 200610089047 A CN200610089047 A CN 200610089047A CN 100557073 C CN100557073 C CN 100557073C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- texture
- yttrium
- zirconium dioxide
- dioxide film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，包括：(1)将具有立方织构的金属衬底，或带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底，或具有立方结构或赝立方结构的单晶衬底进行清洁处理；(2)清洗后的上述衬底置于磁控溅射沉积腔体中，抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa。将衬底加热至600-850℃，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa-8×10-1Pa。以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，开始预溅射；(3)预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-3.5×10-2Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，开始正式溅射沉积，沉积完后，即得钇稳定二氧化锆膜。所制得的钇稳定二氧化锆隔离层具有单一立方织构，以满足在其上外延生长其它隔离层并生长YBCO涂层的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种获得立方织构钇稳定二氧化锆的制备方法。
背景技术
陶瓷氧化物钇稳定二氧化锆(ZrO2-Y2O3，以下简称为YSZ)，通过磁控溅射的方法制备成膜应用于诸多领域，特别是在超导材料研究中，常以YSZ薄膜作为隔离层，常规情况下，用磁控溅射方法镀膜来生长YSZ薄膜时，以陶瓷氧化物YSZ做为靶材。陶瓷氧化物靶材的溅射产额较相应的金属靶材的溅射产额低，因而成膜生长速率慢，且必须使用射频的溅射电源。而金属材料溅射产额高，生长速率快，可用直流溅射电源，成本低。以金属材料为溅射靶材，需进行反应溅射形成相应氧化物。本发明使用Zr-Y金属靶，采取反应溅射方式生长双轴取向的钇稳定二氧化锆。
发明内容
本发明的目的是提供一种生长双轴取向钇稳定二氧化锆薄膜的方法。采用磁控溅射镀膜方法，以Zr-Y金属为靶材，以水气代替氧气作为反应气体，在具有立方织构的金属衬底，或带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底，或具有立方结构或赝立方结构的单晶衬底上制备钇稳定二氧化锆膜。所制得的钇稳定二氧化锆隔离层具有单一立方织构，以满足在其上外延生长其它隔离层并生长YBCO涂层的需要。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下的技术方案：
一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，该方法包括下述步骤：
(1)、将具有立方织构的金属衬底，或带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底，或具有立方结构或赝立方结构的单晶衬底进行清洁处理；
(2)、清洗后的上述衬底置于磁控溅射沉积腔体中，抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至600-850℃，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa-8×10-1Pa；以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，开始预溅射；
(3)、预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-3.5×10-2Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，开始正式溅射沉积，沉积完后，即得钇稳定二氧化锆膜。
在本发明中，所使用的具有立方织构的金属衬底，或带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底，其中，对金属并没有作具体的限定，只要是能具有立方织构或在其上带有立方织构氧化物隔离层的任何金属衬底，都适用本发明，都能实现本发明的目的，经常使用的金属衬底有具有立方织构的金属镍或镍合金衬底。此外也可以使用具有立方结构或赝立方结构的单晶衬底，也都适用本发明，也都能实现本发明的目的，如SrTiO3，LaAlO3，MgO等单晶衬底。
需要说明的是，在所述步骤(3)中，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-3.5×10-2Pa，这里所说的1×10-3-3.5×10-2Pa是水气压，该水气压相当于水气在沉积腔体内的分压；并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，此步骤可通过调节氩气进腔体的进气量或对真空腔体的抽气量来实现。
在所述的步骤(1)中，将具有立方织构的金属衬底，或带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底，或具有立方结构或赝立方结构的单晶衬底进行清洁处理；要求清洁处理后的表面不留水迹、污渍；
在所述的步骤(2)中，所述的溅射靶材和衬底的距离即靶基距为60-150mm。
在所述的步骤(2)、(3)中，所述的预溅射和溅射的溅射功率为100-400W。
在所述的步骤(2)、(3)中，所述的预溅射为非正式溅射，采取遮挡的方式，用遮挡物将衬底遮挡住，使预溅射的产物不能沉积到衬底上；待预溅射结束后、开始正式溅射沉积前，撤掉遮挡物。
本发明是采用磁控溅射镀膜方法，以Zr-Y金属为靶材，在具有立方织构的金属衬底，或带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底，或具有立方结构或赝立方结构的单晶衬底上制备立方结构钇稳定二氧化锆膜。所采用的磁控溅射镀膜方法是一种真空的物理沉积方法。在抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa之后，充氩气至腔体气压1×10-1Pa-8×10-1Pa，在预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-3.5×10-2Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa。其中，充氩气和通入水气优选采用下述方式：
在所述的步骤(2)的充氩气至腔体内的过程中，是采用管路直接将氩气通向溅射靶材的靶材面。
在所述的步骤(3)的通入水气至腔体内的过程中，是采用管路直接将水气通向衬底的沉积面。
在所述的步骤(2)中，优选将所述的衬底加热至650-780℃。
所述的氩气为纯度≥99.999％的氩气。纯度≥99.999％的氩气称为高纯氩气。
在所述的步骤(3)中，溅射时间依所需厚度而定。
在所述的步骤(2)、(3)中，操作顺序为：腔体抽背底真空、衬底加热、高纯氩气预溅射、通水、调腔体气压、正式溅射。
本发明优点：
本发明提供了一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法。
1.用常规磁控溅射方法镀膜来生长YSZ薄膜，以陶瓷氧化物YSZ做为靶材，陶瓷氧化物靶材的溅射产额较相应的金属靶材的溅射产额低，因而成膜生长速率慢，且必须使用射频的溅射电源。而金属材料溅射产额高，生长速率快，可用直流溅射电源，成本低。
2.以金属材料为溅射靶材，生长钇稳定二氧化锆，需进行反应溅射形成相应氧化物。在高温氧环境中金属镍或镍合金衬底易被氧化而对成膜不利。本发明以水代替氧气作为反应气体，有效阻止了直接通入的氧气将金属衬底氧化。水中的氧足以形成氧化物，水中的氢可阻止金属基底氧化。因此，在一定水压下，即可以将溅射产物氧化，形成氧化物膜，又可防止衬底被氧化，生成立方织构YSZ薄膜。
3.该方法适合于具有立方织构的金属衬底，和带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底，以及具有立方结构或赝立方结构的单晶衬底。
4.本发明提供的方法生长的钇稳定二氧化锆膜为纯立方织构。X-光衍射θ-2θ扫描为纯c轴，无YSZ(111)取向和NiO生成。
附图说明
图1为采用本发明的方法生长的立方织构YSZ X-光衍射θ-2θ扫描
图2为采用本发明的方法生长的立方织构YSZ X-光衍射(111)
扫描
图3为采用本发明的方法生长的立方织构YSZ X-光衍射(111)极图
图4为采用本发明的方法生长的立方织构YSZ X-光衍射(111)2.5D极图
图5为采用本发明的方法生长的立方织构YSZ表面形貌图
具体实施方式
在下述实施例中，预溅射均采用遮挡的方式，用遮挡物将衬底遮挡住，使预溅射的产物不能沉积到衬底上；待预溅射结束后、正式溅射前撤掉遮挡物。
实施例1
将带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底用丙酮进行超声清洗除油，表面不留水迹、污渍。将该样品放入磁控溅射沉积腔体中，抽真空至背底真空小于5×10-4Pa。衬底升温至800℃，充氩气至2×10-1Pa；以金属YSZ圆片为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积技术，溅射功率320W，靶基距120mm，开始预溅射；20分钟后向腔体内通入水气，使腔体内水气分压为1×10-2Pa，控制沉积腔体内总气压2Pa，开始正式溅射沉积。沉积完后，即得YSZ膜。
图1为采用本发明的方法在带有Y2O3隔离层的金属NiW衬底上生长的立方织构YSZX-光衍射θ-2θ扫描，图2为其(111)
扫描。从图中可看出，YSZ为纯c轴取向和优良的平面内取向，
扫描半高宽小于6.5°。图3、图4为其相应的(111)极图和2.5D极图。表现了YSZ单一立方织构取向。图5为扫描电镜观测的YSZ表面形貌图。表面平整、连续，晶界覆盖完整。
实施例2
将带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底用丙酮进行超声清洗除油，表面不留水迹、污渍。将该样品放入磁控溅射沉积腔体中，抽真空至背底真空小于5×10-4Pa。衬底升温至620℃，充氩气至1×10-1Pa；以金属YSZ圆片为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积技术，溅射功率400W，靶基距150mm，开始预溅射；20分钟后向腔体内通入水气，使腔体内水气分压为1.5×10-2Pa，控制沉积腔体内总气压1Pa，开始正式溅射沉积。沉积完后，即得YSZ膜。
实施例3
将具有立方织构金属衬底用丙酮进行超声清洗除油，表面不留水迹、污渍。将该样品放入磁控溅射沉积腔体中，抽真空至背底真空小于5×10-4Pa。衬底升温至650℃，充氩气至8×10-1Pa；以金属YSZ圆片为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积技术，溅射功率120W，靶基距60mm，开始预溅射；20分钟后向腔体内通入水气，使腔体内水气分压为1×10-3Pa，控制沉积腔体内总气压5Pa，开始正式溅射沉积。沉积完后，即得YSZ膜。
实施例4
将具有立方织构金属衬底用丙酮进行超声清洗除油，表面不留水迹、污渍。将该样品放入磁控溅射沉积腔体中，抽真空至背底真空小于5×10-4Pa。衬底升温至750℃，充氩气至5×10-1Pa；以金属YSZ圆片为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积技术，溅射功率250W，靶基距100mm，开始预溅射；20分钟后向腔体内通入水气，使腔体内水气分压为3.5×10-3Pa，控制沉积腔体内总气压3Pa，开始正式溅射沉积。沉积完后，即得YSZ膜。
实施例5
将SrTiO3(为具有立方结构)的单晶衬底，用丙酮进行超声清洗除油，表面不留水迹、污渍。将该样品放入磁控溅射沉积腔体中，抽真空至背底真空小于5×10-4Pa。衬底升温至850℃，充氩气至5×10-1Pa；以金属YSZ圆片为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积技术，溅射功率350W，靶基距100mm，开始预溅射；20分钟后向腔体内通入水气，使腔体内水气分压为7×10-3Pa，控制沉积腔体内总气压5Pa，开始正式溅射沉积。沉积完后，即得YSZ膜。
实施例6
将LaAlO3(为赝立方结构)的单晶衬底，用丙酮进行超声清洗除油，表面不留水迹、污渍。将该样品放入磁控溅射沉积腔体中，抽真空至背底真空小于5×10-4Pa。衬底升温至850℃，充氩气至5×10-1Pa；以金属YSZ圆片为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积技术，溅射功率350W，靶基距100mm，开始预溅射；20分钟后向腔体内通入水气，使腔体内水气分压为7×10-3Pa，控制沉积腔体内总气压5Pa，开始正式溅射沉积。沉积完后，即得YSZ膜。
Claims (7)
1、一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
(1)、将具有立方织构的金属衬底，或带有立方织构氧化物隔离层的金属衬底，或具有立方结构或赝立方结构的单晶衬底进行清洁处理；
(2)、清洗后的上述衬底置于磁控溅射沉积腔体中，抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至600-850℃，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa-8×10-1Pa；以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，开始预溅射，所述的预溅射为非正式溅射，采取遮挡的方式，用遮挡物将衬底遮挡住，使预溅射的产物不能沉积到衬底上；
(3)、预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-3.5×10-2Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，在预溅射结束后、开始正式溅射沉积前，撤掉遮挡物，开始正式溅射沉积，沉积完后，即得钇稳定二氧化锆膜。
2、根据权利要求1所述的生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，所述的溅射靶材和衬底的距离即靶基距为60-150mm。
3、根据权利要求1或2所述的生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)、(3)中，所述的预溅射和正式溅射的溅射功率为100-400W。
4、根据权利要求1或2所述的生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)的充氩气至腔体内的过程中，是采用管路直接将氩气通向溅射靶材的靶材面。
5、根据权利要求1或2所述的生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，其特征在于：在所述的步骤(3)的通入水气至腔体内的过程中，是采用管路直接将水气通向衬底的沉积面。
6、根据权利要求1或2所述的生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，所述的衬底的加热温度为650-780℃。
7、根据权利要求1或2所述的生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法，其特征在于：所述的氩气为纯度≥99.999％的氩气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2006100890475A CN100557073C (zh) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | 一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2006100890475A CN100557073C (zh) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | 一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101117704A CN101117704A (zh) | 2008-02-06 |
| CN100557073C true CN100557073C (zh) | 2009-11-04 |
Family
ID=39053961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2006100890475A Active CN100557073C (zh) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | 一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100557073C (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101805887B (zh) * | 2010-04-03 | 2012-07-04 | 桂林电子科技大学 | 一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料及其制备方法 |
| CN102560358A (zh) * | 2010-12-16 | 2012-07-11 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 壳体及其制备方法 |
| CN111321384A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-06-23 | 南京信息工程大学 | 一种在镍基合金上制备二氧化锆薄膜的方法 |
-
2006
- 2006-07-31 CN CNB2006100890475A patent/CN100557073C/zh active Active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 反应溅射沉积氧化钇稳定的氧化锆. 石灵.等离子体应用技术快报，第1期. 1997 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101117704A (zh) | 2008-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101429644B (zh) | 金属或金属氧化物纳米颗粒的薄膜制备方法 | |
| CN103726026B (zh) | 采用氧化物陶瓷靶磁控溅射制备薄膜的方法 | |
| CN103789730B (zh) | 一种二次电子发射薄膜的制备方法 | |
| CN101746961A (zh) | 在平板玻璃上沉积多晶β-Ga2O3薄膜的方法 | |
| CN100557073C (zh) | 一种生长立方织构钇稳定二氧化锆膜层的方法 | |
| CN103956261B (zh) | 纳米结构多功能铁磁复合薄膜材料和制备方法 | |
| CN100545302C (zh) | 一种生长立方织构三氧化二钇膜层的方法 | |
| CN109972082A (zh) | 采用闭合场-磁控溅射沉积技术制备碳基多层薄膜的方法 | |
| Goto et al. | Morphology and preferred orientation of Y2O3 film prepared by high-speed laser CVD | |
| CN100580134C (zh) | 一种生长立方织构二氧化铈膜层的方法 | |
| CN106567050A (zh) | 一种基于Cr2O3模板低温制备Zr掺杂α‑Al2O3纳米多层阻氚涂层工艺 | |
| CN110241397B (zh) | 一种卧式多层磁控镀膜复合cvd设备及其工作方法 | |
| CN100537822C (zh) | 金属基带上连续生长的多层立方织构隔离层的制备方法 | |
| CN108149198B (zh) | 一种wc硬质合金薄膜及其梯度层技术室温制备方法 | |
| CN102157262B (zh) | 一种以Ta2O5薄膜为电介质膜的电容器制备方法 | |
| WO2015050630A2 (en) | Methods of producing large grain or single crystal films | |
| CN101295560B (zh) | 金属基带上生长的多层隔离层和ybco涂层导体的制备方法 | |
| CN108517492B (zh) | 铬铝钛氮合金涂层及制备方法 | |
| CN107227447B (zh) | 一种钛合金/二硼化锆纳米多层膜及其制备方法与应用 | |
| CN105671485A (zh) | 基于柔性金属基带的CeO2-x纳米薄膜及其制备方法 | |
| CN108411266A (zh) | 一种金属表面生长金属碳化物的方法 | |
| CN108754215A (zh) | 一种兼具高硬高韧高导电性的铜硼合金材料及其制备方法 | |
| CN102994945B (zh) | 一种ZrVN纳米复合膜及其制备方法 | |
| Shi et al. | Microstructure of microwave dielectricthin films by RF magnetron sputtering | |
| CN108193178A (zh) | 一种晶态wc硬质合金薄膜及其缓冲层技术室温生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190625 Address after: 101407 No. 11 Xingke East Street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing Patentee after: Research Institute of engineering and Technology Co., Ltd. Address before: 100088, 2, Xinjie street, Beijing Patentee before: General Research Institute for Nonferrous Metals |
|
| TR01 | Transfer of patent right |