CN103255384B - 晶粒c轴垂直膜面取向生长的钡铁氧体薄膜制备方法 - Google Patents

Abstract

晶粒c轴垂直膜面取向生长的钡铁氧体薄膜制备方法，属于微波铁氧体薄膜材料技术领域。本发明包括下述步骤：步骤1：基板清洗；步骤2：溅射制备AlN薄层；步骤3：溅射制备BaM薄膜；步骤4：对镀有AlN薄层的基板进行加热使其温度达到250℃‑500℃，在镀有AlN薄层的基板上继续溅射一层所需厚度的BaM薄膜。步骤5：退火。经过本发明工艺步骤制备出的BaM薄膜，晶粒c轴垂直膜面高度取向，薄膜磁晶各向异性场可达15000Oe，实现了BaM薄膜在半导体基板上的高度取向生长，而且所使用的射频磁控溅射技术能够很好的与现有的CMOS工艺兼容。

Description

晶粒c轴垂直膜面取向生长的钡铁氧体薄膜制备方法

技术领域

本发明属于微波铁氧体薄膜材料技术领域，特别涉及晶粒c轴垂直膜面取向生长的BaFe₁₂O₁₉铁氧体（BaM）薄膜及其制备技术。

背景技术

当前，微波/毫米波信息处理技术的飞速发展迫切要求微波铁氧体器件能够工作于毫米波频段（30GHz-300GHz），而且要求器件平面化、小型化且能够与半导体有源器件兼容。自从19世纪80年代以来，铁氧体材料及器件便向着高频方向发展，钇铁石榴石铁氧体（YIG）的广泛应用曾大大推动了微波技术的发展，通过使用永磁体对YIG提供外磁场，基于YIG的微波铁氧体器件（环行器、滤波器、移相器等）能够工作于X波段（8GHz-12GHz）。但若要进一步提高基于YIG的器件的工作频率，则需要使用体积更为庞大的永磁体，这在实际应用中是不现实的。而且YIG器件中永磁体的存在直接限制了铁氧体无源器件的平面化、小型化及其与单片微波集成电路的集成化。而六角晶系BaM由于具有高的磁晶各向异性等效场(μ₀H_a=1.7T)，且能够在很小的外场甚至零外场下便工作于毫米波段，是一种很有发展前景的毫米波铁氧体材料。

由于铁氧体器件的工作频率主要由铁氧体材料的铁磁共振频率决定，而铁氧体材料的铁磁共振频率又强烈的依赖于材料的饱和磁化强度、磁晶各向异性场、退磁场以及外加的稳恒磁场，其依赖关系可以通过基特尔公式描述，

$f=\left|{\mathrm{\γ}}^{\′}\right|\sqrt{[H+H_a+(N_x-N_z)4\mathrm{\π}{M}_s][H+H_a+(N_y-N_z)4\mathrm{\π}{M}_s}---\left(1\right)$

其中，γ′=γ/2π，γ为铁氧体材料的旋磁比，H为外磁场，H_a为材料的磁晶各向异性场，M_s为材料的饱和磁化强度，N_x、N_y、N_z分别为材料x、y、z方向的退磁因子。当外场垂直于薄膜表面时（针对具有c轴垂直膜面取向生长的BaM薄膜），由于薄膜的厚度远远小于薄膜的长和宽，可以将垂直薄膜表面方向的退磁因子视为1，即N_x=0、N_y=0、N_z=1，则基特尔公式可变为

f=|γ′|(H_a+H-4πM_s) (2)

可以看出，铁磁共振频率与磁晶各向异性场及外加的恒磁场成正相关的关系，高的磁晶各向异性场和大的外磁场能够提高材料的铁磁共振频率。单晶或取向生长的多晶BaM具有高达17kOe（μ0H_a=1.7T）的磁晶各向异性场。取BaM的饱和磁化强度（4πM_s）为4000G并带入公式（2），则可以算出具有c轴垂直膜面取向生长的BaM薄膜在零外场下的铁磁共振频率为36GHz。而且，通过Sc、In、Al、Ga等元素部分取代BaM中的Fe³⁺还可以实现BaM的磁晶各向异性场可调，使BaM能够可控地应用于下至C波段（4GHz-8GHz）上至W波段（75GHz-110GHz）（Ceramurgia International,1979,5(1):3；Jpn.J.Appl.Phys.,1973,12(3):355；J.Appl.Phys.,2009,105(2):023908）。同时，由于BaM的剩磁比（M_r/M_s）可以高达0.96，基于BaM的微波/毫米波铁氧体器件能够实现自偏置，即无需外加永磁体对BaM进行偏置。如此一来，基于BaM的微波铁氧体器件无需使用永磁体便能够工作于毫米波段，大大缩小了器件的体积和重量。基于BaM薄膜的毫米波铁氧体器件还能够实现器件的片式化、小型化、甚至还能够与单片微波集成电路（MMIC，比如低噪声放大器、CMOS器件等，通常采用Si、GaAs等半导体基板）集成。而能够满足应用需求的BaM薄膜材料必须是单晶材料或者是取向生长的多晶材料，考虑到与单片微波集成电路的兼容性，如何在半导体基板上制备出单晶或具有晶粒c轴高度取向生长的多晶BaM薄膜便成为当前的研究热点。

然而，由于BaM薄膜与半导体基板（Si、SiC等）的晶格参数及热胀系数不能够很好地匹配，直接在半导体基板上生长的BaM薄膜难以获得晶粒c轴的高度取向生长。因此，为了获得晶粒c轴高度取向生长的甚至单晶外延BaM薄膜，人们往往在半导体基板与BaM薄膜之间添加一层缓冲层，如Pt(111)、MgO(111)、ZnO(00l)等。事实证明，在Pt(111)缓冲层上（J.Magn.Magn.Mater.,2001,235(1):337；Scr.Mater.,2010,63(5):492）、MgO(111)缓冲层上（Appl.Phys.A.,2005,80(3):611；Appl.Phys.Lett.,2007,91:182505）及ZnO(00l)缓冲层上（J.Phys:Condens.Matter.,2001,13(26):5917）均能够获得c轴垂直膜面方向高度取向生长的BaM薄膜。但是Pt(111)和MgO(111)的材料及制备成本均较高，在一定程度上限制了其在工业生产中的应用。ZnO(00l)缓冲层则需要在制备BaM薄膜之前先经过800℃后续退火处理来获得好的结晶性能，增加了BaM薄膜制备工艺的复杂性。

而采用成本低廉、易于制备、无需后续退火处理便具有高度结晶取向的AlN作为缓冲层来制备应用于毫米波器件的BaM薄膜尚未见报导。本发明以AlN缓冲层的诱导作用为核心思想，提出一种c轴垂直膜面高度取向生长的BaM薄膜制备方法。通过该方法利用成本低廉、易于工业化生产的射频磁控溅射技术便能够在半导体Si基板上制备出c轴垂直膜面高度取向生长的BaM薄膜。该方法具有成本低廉、制备工艺简单而且易于与半导体工艺兼容等特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对如何在半导体Si基板上实现BaM薄膜的高度取向生长以获得大的磁晶各向异性场，提供一种成本低廉、工艺简单的BaM薄膜制备方法。通过该方法所制备的BaM薄膜晶粒c轴垂直膜面取向生长，薄膜的磁晶各向异性场高达15000Oe。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：晶粒c轴垂直膜面取向生长的钡铁氧体薄膜制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：基板清洗；

步骤2：溅射制备AlN薄层：以高纯Al为靶材，将真空室内的气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar和N₂混合气体，总气压为0.35Pa-0.5Pa，氩气和氮气的压强比为3:2-2:3；在基板上溅射一层25nm-100nm厚的AlN薄层；

步骤3：溅射制备BaM薄膜：靶材为具有化学正分比的BaM靶材；将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar和O₂的混合气体，总气压为1.0Pa-1.6Pa，氩气和氧气的压强比为90:10-99:1；

步骤4：对镀有AlN薄层的基板进行加热使其温度达到250℃-500℃，在镀有AlN薄层的基板上继续溅射一层所需厚度的BaM薄膜。BaM薄膜的厚度可依据需求调节。

步骤5：退火：升温速率为1℃/min-6℃/min，退火温度为760℃-860℃，保温时间为1h-4h，然后随炉自然冷却至室温。

经过本发明工艺步骤制备出的BaM薄膜，晶粒c轴垂直膜面高度取向，薄膜磁晶各向异性场可达15000Oe，实现了BaM薄膜在半导体基板上的高度取向生长，而且所使用的射频磁控溅射技术能够很好的与现有的CMOS工艺兼容。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1实施例1和实施例2所制备的BaM薄膜XRD图，a为实施例1，b为实施例2。

图2实施例3和实施例4所制备的BaM薄膜XRD图，a为实施例3，b为实施例4。

图3实施例5所制备的BaM薄膜XRD图。

图4实施例1所制备的BaM薄膜的垂直膜面方向及平行膜面方向磁滞回线。

图5实施例2所制备的BaM薄膜的垂直膜面方向及平行膜面方向磁滞回线。

图6实施例3所制备的BaM薄膜的垂直膜面方向及平行膜面方向磁滞回线。

图7实施例4所制备的BaM薄膜的垂直膜面方向及平行膜面方向磁滞回线。

图8实施例5所制备的BaM薄膜的垂直膜面方向及平行膜面方向磁滞回线。

图9实施例1和实施例2所制备的BaM薄膜断面形貌图，a为实施例1，b为实施例2。

图10实施例1和实施例2所制备的BaM薄膜表面形貌图，a为实施例1，b为实施例2。

具体实施方式

本发明的核心思想是：利用易于工业化生产的射频磁控溅射技术，采用具有与BaM相同的六角晶系结构的AlN薄膜作为缓冲层来诱导BaM薄膜在Si基板上的取向生长，通过调整溅射工艺及退火工艺参数，最终实现BaM薄膜在Si基板上的高度取向生长。由于AlN具有与BaM相似的原子堆积方式，AlN缓冲层的引入缓解了由BaM薄膜与Si基板之间晶格参数失配引起的应力，进而减少了由界面处应力引起的各种位错缺陷。而且，AlN缓冲层能够在薄膜生长的初始阶段诱导出更多垂直膜面取向的晶核。

采用AlN薄膜作为BaM薄膜在Si基板上生长的缓冲层。具体步骤如下：

步骤1：采用超声波清洗器，将Si基板或者热氧化的Si基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min。将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

步骤2：采用射频磁控溅射系统在清洗好的基板上制备AlN薄层，靶材为直径60mm的高纯Al（99.999%）。将真空室内的气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度99.999%）和N₂（纯度99.999%）的混合气体，总气压为0.35Pa-0.5Pa，氩气和氮气的压强比为3:2-2:3。基底温度为真空室环境温度，调节溅射功率至180W-220W，在基板上溅射一层25nm-100nm厚的AlN薄层。

步骤3：采用射频磁控溅射系统在AlN薄层上继续制备BaM薄膜，靶材为具有化学正分比的BaM（BaFe₁₂O₁₉）靶材（直径为100mm）。将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度为99.999％）和O₂（纯度为99.999％）的混合气体，总气压为1.0Pa-1.6Pa，氩气和氧气的压强比为90:10-99:1。

步骤4：对镀有AlN薄层的基板进行加热使其温度达到250℃-500℃，调节溅射功率至100W-150W，通过控制溅射时间，在镀有AlN薄层的基板上继续溅射一层所需厚度的BaM薄膜。

步骤5：直接溅射沉积得到的BaM薄膜为非晶态，为了使BaM薄膜结晶，利用硅钼棒加热的陶瓷烧结炉对BaM薄膜进行退火处理。升温速率为1℃/min-6℃/min，退火温度为760℃-860℃，保温时间为1h-4h，然后随炉自然冷却至室温。

实施例1

本实施例是在Si(100)基板上制备c轴垂直膜面高度取向的BaM薄膜，具体步骤如下：

步骤1：采用超声波清洗器，将Si(100)基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min。将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

步骤2：采用射频磁控溅射系统在清洗好的Si(100)基板上制备AlN薄层，靶材为直径60mm的高纯Al（99.999%）。将真空室内的气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度99.999%）和N₂（纯度99.999%）的混合气体，总气压0.45Pa，氩气和氮气的压强比为1:1。基底温度为真空室环境温度，调节溅射功率至200W，在Si(100)基板上溅射一层约30nm厚的AlN薄层。

步骤3：采用射频磁控溅射系统在AlN/Si(100)上继续制备BaM薄膜，靶材为具有化学正分比的BaM（BaFe₁₂O₁₉）靶材（直径为100mm）。将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度为99.999％）和O₂（纯度为99.999％）的混合气体，总气压1.4Pa，氩气和氧气的压强比为99:1。

步骤4：对AlN/Si(100)进行加热使其温度达到300℃，调节溅射功率至140W，通过控制溅射时间，在AlN/Si(100)上继续溅射一层约300nm厚的BaM薄膜。

步骤5：直接溅射沉积得到的BaM薄膜为非晶态，为了使BaM薄膜结晶，利用硅钼棒加热的陶瓷烧结炉对BaM/AlN/Si(100)薄膜进行退火处理。升温速率为2℃/min，退火温度为800℃，保温时间为2h，然后随炉自然冷却至室温，即可在Si(100)基板上制备出具有c轴垂直膜面高度取向的BaM薄膜。

实施例2

本实施例是在热氧化的Si(100)基板（SiO₂/Si(100)）上制备c轴垂直膜面取向的BaM薄膜，具体步骤如下：

步骤1：采用超声波清洗器，将SiO₂/Si(100)基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min。将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

步骤2：采用射频磁控溅射系统在清洗好的SiO₂/Si(100)基板上制备AlN薄层，靶材为直径60mm的高纯Al（99.999%）。将真空室内的气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度99.999%）和N₂（纯度99.999%）的混合气体，总气压0.45Pa，氩气和氮气的压强比为1:1。基底温度为真空室环境温度，调节溅射功率至200W，在SiO₂/Si(100)基板上溅射一层约30nm厚的AlN薄层。

步骤3：采用射频磁控溅射系统在AlN/SiO₂/Si(100)上继续制备BaM薄膜，靶材为具有化学正分比的BaM（BaFe₁₂O₁₉）靶材（直径为100mm）。将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度为99.999％）和O₂（纯度为99.999％）的混合气体，总气压1.4Pa，氩气和氧气的压强比为99:1。

步骤4：对AlN/SiO₂/Si(100)进行加热使其温度达到300℃，调节溅射功率至140W，通过控制溅射时间，在AlN/SiO₂/Si(100)上继续溅射一层约300nm厚的BaM薄膜。

步骤5：利用硅钼棒加热的陶瓷烧结炉对BaM/AlN/SiO₂/Si(100)薄膜进行退火处理。升温速率为2℃/min，退火温度为800℃，保温时间为2h，然后随炉自然冷却至室温，即可在热氧化的Si(100)基板上制备出具有c轴垂直膜面高度取向的BaM薄膜。

实施例3

作为实施例1的对比实施例，本实施例是在Si(100)基板上直接制备与实施例1所制备的BaM薄膜具有相同厚度的BaM薄膜，而不引入实施例1中AlN缓冲层，具体步骤如下：

步骤1：采用超声波清洗器，将Si(100)基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min。将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

步骤2：采用射频磁控溅射系统在清洗好的Si(100)基板上制备BaM薄膜，靶材为具有化学正分比的BaM（BaFe₁₂O₁₉）靶材（直径为100mm）。将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度为99.999％）和O₂（纯度为99.999％）的混合气体，总气压1.4Pa，氩气和氧气的压强比为99:1。

步骤3：对Si(100)基板进行加热使其温度达到300℃，调节溅射功率至140W，通过控制溅射时间，在Si(100)上溅射一层约300nm厚的BaM薄膜。

步骤4：利用硅钼棒加热的陶瓷烧结炉对BaM/Si(100)薄膜进行退火处理。升温速率为2℃/min，退火温度为800℃，保温时间为2h，然后随炉自然冷却至室温，即可得到在Si(100)基板上直接制备的BaM薄膜。

实施例4

作为实施例2的对比实施例，本实施例是在热氧化的Si(100)上直接制备与实施例2所制备的BaM薄膜具有相同厚度的BaM薄膜，而不引入实施例2中AlN缓冲层，具体步骤如下：

步骤1：采用超声波清洗器，将SiO₂/Si(100)基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min。将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

步骤2：采用射频磁控溅射系统在清洗好的SiO₂/Si(100)基板上制备BaM薄膜，靶材为具有化学正分比的BaM（BaFe₁₂O₁₉）靶材（直径为100mm）。将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度为99.999％）和O₂（纯度为99.999％）的混合气体，总气压1.4Pa，氩气和氧气的压强比为99:1。

步骤3：对SiO₂/Si(100)基板进行加热使其温度达到300℃，调节溅射功率至140W，通过控制溅射时间，在SiO₂/Si(100)上溅射一层约300nm厚的BaM薄膜。

步骤4：利用硅钼棒加热的陶瓷烧结炉对BaM/SiO₂/Si(100)薄膜进行退火处理。升温速率为2℃/min，退火温度为800℃，保温时间为2h，然后随炉自然冷却至室温，即可得到在SiO₂/Si(100)基板上直接制备的BaM薄膜。

实施例5

本实施例是在Si(100)基板上制备c轴垂直膜面高度取向的BaM薄膜，采用与实施例1不同的BaM薄膜制备基底温度，具体步骤如下：

步骤1：采用超声波清洗器，将Si(100)基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min。将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

步骤2：采用射频磁控溅射系统在清洗好的Si(100)基板上制备AlN薄层，靶材为直径60mm的高纯Al（99.999%）。将真空室内的气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度99.999%）和N₂（纯度99.999%）的混合气体，总气压0.45Pa，氩气和氮气的压强比为1:1。基底温度为真空室环境温度，调节溅射功率至200W，在Si(100)基板上溅射一层约30nm厚的AlN薄层。

步骤3：采用射频磁控溅射系统在AlN/Si(100)上继续制备BaM薄膜，靶材为具有化学正分比的BaM（BaFe₁₂O₁₉）靶材（直径为100mm）。将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度为99.999％）和O₂（纯度为99.999％）的混合气体，总气压1.4Pa，氩气和氧气的压强比为99:1。

步骤4：对AlN/Si(100)进行加热使其温度达到500℃，调节溅射功率至140W，通过控制溅射时间，在AlN/Si(100)上继续溅射一层约300nm厚的BaM薄膜。

步骤5：利用硅钼棒加热的陶瓷烧结炉对BaM/AlN/Si(100)薄膜进行退火处理。升温速率为2℃/min，退火温度为800℃，保温时间为2h，然后随炉自然冷却至室温。

实施例6

本实施例是在Si(100)基板上制备c轴垂直膜面高度取向的BaM薄膜，采用与实施例1不同的退火温度，具体步骤如下：

步骤1：采用超声波清洗器，将Si(100)基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min。将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

步骤2：采用射频磁控溅射系统在清洗好的Si(100)基板上制备AlN薄层，靶材为直径60mm的高纯Al（99.999%）。将真空室内的气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度99.999%）和N₂（纯度99.999%）的混合气体，总气压0.45Pa，氩气和氮气的压强比为1:1。基底温度为真空室环境温度，调节溅射功率至200W，在Si(100)基板上溅射一层约30nm厚的AlN薄层。

步骤3：采用射频磁控溅射系统在AlN/Si(100)上继续制备BaM薄膜，靶材为具有化学正分比的BaM（BaFe₁₂O₁₉）靶材（直径为100mm）。将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度为99.999％）和O₂（纯度为99.999％）的混合气体，总气压1.4Pa，氩气和氧气的压强比为99:1。

步骤4：对AlN/Si(100)进行加热使其温度达到300℃，调节溅射功率至140W，通过控制溅射时间，在AlN/Si(100)上继续溅射一层约300nm厚的BaM薄膜。

步骤5：利用硅钼棒加热的陶瓷烧结炉对BaM/AlN/Si(100)薄膜进行退火处理。升温速率为2℃/min，退火温度分别为760℃，保温时间为2h，然后随炉自然冷却至室温。

实施例7

本实施例是在Si(100)基板上制备c轴垂直膜面高度取向的BaM薄膜，采用与实施例1及实施例6不同的退火温度，具体步骤如下：

步骤1：采用超声波清洗器，将Si(100)基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min。将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

步骤2：采用射频磁控溅射系统在清洗好的Si(100)基板上制备AlN薄层，靶材为直径60mm的高纯Al（99.999%）。将真空室内的气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度99.999%）和N₂（纯度99.999%）的混合气体，总气压0.45Pa，氩气和氮气的压强比为1:1。基底温度为真空室环境温度，调节溅射功率至200W，在Si(100)基板上溅射一层约30nm厚的AlN薄层。

步骤3：采用射频磁控溅射系统在AlN/Si(100)上继续制备BaM薄膜，靶材为具有化学正分比的BaM（BaFe₁₂O₁₉）靶材（直径为100mm）。将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar（纯度为99.999％）和O₂（纯度为99.999％）的混合气体，总气压1.4Pa，氩气和氧气的压强比为99:1。

步骤4：对AlN/Si(100)进行加热使其温度达到300℃，调节溅射功率至140W，通过控制溅射时间，在AlN/Si(100)上继续溅射一层约300nm厚的BaM薄膜。

步骤5：利用硅钼棒加热的陶瓷烧结炉对BaM/AlN/Si(100)薄膜进行退火处理。升温速率为2℃/min，退火温度分别为860℃，保温时间为2h，然后随炉自然冷却至室温。

上述实施例1和实施例2均能够制备出晶粒c轴垂直膜面高度取向生长的BaM薄膜。图1为实施例1和实施例2所制备的BaM薄膜的XRD图，可以看出，实施例1和实施例2所制备的BaM薄膜的衍射峰均只有BaM的（00l）峰，无其它晶面的衍射峰出现，表明所制备的薄膜均具有晶粒c轴垂直膜面高度取向生长。图4和图5分别为实施例1和实施例2所制备的BaM薄膜的垂直膜面方向和平行膜面方向的磁滞回线，可以看出，BaM薄膜的磁晶各向异性等效场高达15000Oe。图2为未引入AlN缓冲层的实施例3和实施例4所制备的BaM薄膜的XRD图，可以看出，BaM薄膜的衍射峰均表现为晶粒随机取向。图6和图7分别为实施例3和实施例4的磁滞回线，可以看出，薄膜几乎表现为各向同性。图3和图8分别为实施例5所制备BaM薄膜的XRD图和磁滞回线，可以看出，实施例5所制备的BaM薄膜也表现出了晶粒c轴垂直膜面取向生长及强的磁晶各向异性。实施例6和实施例7所制备的BaM薄膜也均表现为c轴垂直膜面高度取向生长。

Claims (3)

1.晶粒c轴垂直膜面取向生长的钡铁氧体薄膜制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：基板清洗；

步骤2：溅射制备AlN薄层：以高纯Al为靶材，将真空室内的气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar和N₂混合气体，总气压为0.35Pa-0.5Pa，氩气和氮气的压强比为3:2-2:3；在基板上溅射一层25nm-100nm厚的AlN薄层；

步骤3：溅射制备BaM薄膜：靶材为具有化学正分比的BaM靶材；将真空室内气压抽至2.0×10^-4Pa后，充入Ar和O₂的混合气体，总气压为1.0Pa-1.6Pa，氩气和氧气的压强比为90:10-99:1；

步骤4：对镀有AlN薄层的基板进行加热使其温度达到250℃-500℃，在镀有AlN薄层的基板上继续溅射一层所需厚度的BaM薄膜；

步骤5：退火：升温速率为1℃/min-6℃/min，退火温度为760℃-860℃，保温时间为1h-4h，然后随炉自然冷却至室温；

所述基板为Si(100)基板或者SiO₂/Si(100)基板。

2.如权利要求1所述的晶粒c轴垂直膜面取向生长的钡铁氧体薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤1为：采用超声波清洗器，将基板置入烧杯中先后通过无水乙醇→无水丙酮→无水乙醇各超声清洗10min，将清洗好的基板用氮气枪吹干待用。

3.如权利要求1所述的晶粒c轴垂直膜面取向生长的钡铁氧体薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤2中，基底温度为真空室环境温度，溅射功率为180W-220W。