CN107557756B - 制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列 - Google Patents
制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107557756B CN107557756B CN201710579260.2A CN201710579260A CN107557756B CN 107557756 B CN107557756 B CN 107557756B CN 201710579260 A CN201710579260 A CN 201710579260A CN 107557756 B CN107557756 B CN 107557756B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- precursor
- bismuth
- pulse
- pipeline
- 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
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 321
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 207
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 110
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 106
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 105
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 104
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 104
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 96
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 96
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 76
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 53
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 43
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims description 29
- JDIBGQFKXXXXPN-UHFFFAOYSA-N bismuth(3+) Chemical compound [Bi+3] JDIBGQFKXXXXPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003335 steric effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 claims 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 51
- 101100023111 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) mfc1 gene Proteins 0.000 description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- AYDYYQHYLJDCDQ-UHFFFAOYSA-N trimethylbismuthane Chemical compound C[Bi](C)C AYDYYQHYLJDCDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- RSCASNFKRQQQDK-UHFFFAOYSA-N tritert-butylgallane Chemical compound CC(C)(C)[Ga](C(C)(C)C)C(C)(C)C RSCASNFKRQQQDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- ZNHBPQSSVCRFST-QFVJJVGWSA-K (e)-5-bis[[(e)-2,2,6,6-tetramethyl-5-oxohept-3-en-3-yl]oxy]bismuthanyloxy-2,2,6,6-tetramethylhept-4-en-3-one Chemical compound CC(C)(C)C(=O)\C=C(C(C)(C)C)\O[Bi](O\C(=C\C(=O)C(C)(C)C)C(C)(C)C)O\C(=C\C(=O)C(C)(C)C)C(C)(C)C ZNHBPQSSVCRFST-QFVJJVGWSA-K 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 229910002340 LaNiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 229910021650 platinized titanium dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N tert-butyl alcohol Substances CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000026 trimethylsilyl group Chemical group [H]C([H])([H])[Si]([*])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- ZHXAZZQXWJJBHA-UHFFFAOYSA-N triphenylbismuthane Chemical compound C1=CC=CC=C1[Bi](C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 ZHXAZZQXWJJBHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/409—Oxides of the type ABO3 with A representing alkali, alkaline earth metal or lead and B representing a refractory metal, nickel, scandium or a lanthanide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/16—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
一种用于制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列，由铋前驱体气体脉冲、镓前驱体气体脉冲、氧前驱体气体脉冲、惰性气体脉冲组成，所述气体脉冲序列通入真空反应腔中；化学吸附反应在真空反应腔中进行，铋前驱体气体脉冲、镓前驱体气体脉冲、氧前驱体气体脉冲、惰性气体脉冲按照一定的次序依次通入真空反应腔中。通过采用本发明的制备BiGaO3薄膜材料的方法，可以实现BiGaO3薄膜生长厚度的精确可控，且BiGaO3薄膜表面平整度大大优于现有技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列。
背景技术
本申发明是申请号为CN201510766400.8的分案申请。
在文献CN103880078A中，我们已经公开了一种采用化学溶液旋涂法制备BiGaO3薄膜材料的方法。然而，在制备大面积高厚度均匀性、厚度纳米级精确可控性方面，化学溶液旋涂法实在无能为力，与半导体制造工艺也难以集成、兼容。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种可精确控制薄膜厚度的时空分离式自限制性表面吸附反应制备的BiGaO3薄膜材料的方法。实现本发明目的具体技术方案是：
一种BiGaO3薄膜材料的制备方法，采用专门设计的装置来完成，所述装置具有如下的特征：
包括有铋前驱体源1、铋前驱体管路手动阀K1、铋前驱体管路自动阀AK1、铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体源2、镓前驱体管路手动阀K2、镓前驱体管路自动阀AK2、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体源3、氧前驱体管路手动阀K3、氧前驱体管路自动阀AK3、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3、惰性气体源4、惰性气体管路手动阀K4、真空反应腔、真空泵、真空泵进气口自动阀门AK4、设备控制器，真空反应腔中设有电加热器和温度传感器，设备控制器可以是PLC、单片机系统、计算机或专门设计的电路系统；铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的容器均设有电加热器和半导体制冷器；
铋前驱体源1的出口通过气体管路依次连接到铋前驱体管路手动阀K1、铋前驱体管路自动阀AK1、真空反应腔，镓前驱体源2的出口通过气体管路依次连接到镓前驱体管路手动阀K2、镓前驱体管路自动阀AK2、真空反应腔，氧前驱体源3的出口通过气体管路依次连接到氧前驱体管路手动阀K3、氧前驱体管路自动阀AK3、真空反应腔，惰性气体源4的出口通过气体管路连接到惰性气体管路手动阀K4，再通过分支管路分别连接到铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1的出口通过三通连接件连接在铋前驱体管路自动阀AK1与真空反应腔之间的气体管路上，镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2的出口通过三通连接件连接在镓前驱体管路自动阀AK2与真空反应腔之间的气体管路上，氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3的出口通过三通连接件连接在铋前驱体管路自动阀AK3与真空反应腔之间的气体管路上，真空反应腔的出口通过管路依次连接到真空泵进气口自动阀门AK4、真空泵的进气口；
铋前驱体源1、铋前驱体管路自动阀AK1、铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体源2、镓前驱体管路自动阀AK2、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体源3、氧前驱体管路自动阀AK3、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3、真空反应腔、真空泵、真空泵进气口自动阀门AK4、真空反应腔中的电加热器、温度传感器、所述容器的电加热器和半导体制冷器均通过电缆连接到设备控制器均通过电缆连接到设备控制器，由设备控制器集中控制各自的工作状态；
温度传感器的采集数据通过电缆传输给设备控制器，以实现温度的PID控制(比例-积分-微分控制)，可以使真空反应腔的温度迅速、准确地达到设定的温度值；
铋前驱体管路手动阀K1、镓前驱体管路手动阀K2、氧前驱体管路手动阀K3、惰性气体管路手动阀K4均由操作人员手动打开，不受控制器所控制，这种设计可以确保安全；
由设备控制器控制铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的容器的电加热器和半导体制冷器的工作状态，以使铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的温度可以恒定在设定的温度值；
所述BiGaO3薄膜材料的制备方法，包括但不限于以下具体步骤：
A)将清洗洁净的衬底材料用惰性气体吹干，放置入衬底托盘中；
B)托盘连同衬底移入真空反应腔，通过设备控制器开启真空泵，然后再打开真空泵进气口自动阀门AK4，对真空反应腔进行抽真空；
C)在设备控制器上设定铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的温度，由设备控制器控制铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的容器的电加热器和/或半导体制冷器的工作状态，以使铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的温度恒定在设定的温度值，使在所设置的各前驱体的温度值下，铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的蒸汽压力大于惰性气体源4通过质量流量控制器MFC1、MFC2、MFC3后气体管路中的压力；
由设备控制器控制电加热器对真空腔进行加热，使真空腔中的托盘和衬底的温度在整个薄膜生长过程中维持在一个合适的温度窗口；
所选择的合适的温度窗口是指：在合适的温度范围内，即衬底的温度高于一个温度下限而低于一个温度上限，且前驱体气体供应的流速大于最低限值的情况下，薄膜的生长速率为一个基本恒定的值，薄膜的生长速率与前驱体气体供应的流速、载气即惰性气体的流速、前驱体的温度、衬底的温度、真空腔的分隔空间的真空度基本无关，这里所述的“基本无关”是指：即使薄膜的生长速率在此温度窗口中有波动，也是轻微波动，当生长温度超出此温度窗口即低于温度下限或高于温度上限，薄膜的生长速率会显著地增加或减小；
在温度窗口内，沉积速率不随温度变化；当温度不够高时，前驱体冷凝引起多层吸附导致过高的沉积速率，或导致吸附不完全，反应活性差；温度过高时前驱体分解导致额外的CVD式生长，或由于过高的热动能，前驱体解吸附；
D)当真空腔温度恒定一段时间后，通常为5～30分钟，在设备控制器上设定薄膜生长的循环次数、铋前驱体载气管路气体流速、镓前驱体载气管路气体流速、氧前驱体载气管路气体流速、惰性气体流速；手动打开铋前驱体管路手动阀K1、镓前驱体管路手动阀K2、氧前驱体管路手动阀K2、惰性气体管路手动阀K4；
E)由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔，真空反应腔按照一定的气体脉冲时序分别通入惰性气体、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)或其他铋前驱体气体、氧前驱体气体以及三甲基镓气体或其他镓前驱体气体；所有前驱体气体均分别采用惰性气体进行输运；
F)当薄膜生长循环次数达到设定的次数时，薄膜厚度达到所需值，得到一定厚度的BiGaO3薄膜材料，由设备控制器关闭铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3，停止通入铋前驱体、镓前驱体、氧前驱体，继续通入惰性气体，停止对电加热器供电，停止对真空腔加热；
G)手动关闭铋前驱体管路手动阀K1、镓前驱体管路手动阀K2、氧前驱体管路手动阀K3，惰性气体管路手动阀K4、真空泵进气口自动阀门AK4保持打开状态，真空反应腔进行自然冷却；
H)真空腔达到或接近室温时，由设备控制器关闭真空泵进气口自动阀门AK4；
I)关闭真空泵进气口自动阀门AK4，对真空反应腔进行充气使其气压达到一个大气压，真空反应腔内外气压达到平衡状态；
J)取出已沉积得到BiGaO3薄膜材料的衬底，关闭惰性气体管路手动阀K4；
K)将步骤J中得到的附着有BiGaO3薄膜材料的衬底，放入快速退火炉中，进行快速热退火处理，自然冷却后取出；
快速热退火的步骤为：
(a)在180-220℃下维持1-10分钟；
(b)在390-400℃下维持1-10分钟；
(c)在700℃-750℃下高温退火1-10分钟；
在步骤E)中，所述气体脉冲时序由惰性气体脉冲、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)或其他铋前驱体气体脉冲、氧前驱体气体脉冲以及三甲基镓气体或其他镓前驱体气体脉冲组成，若分别以N、B、O、G来代表惰性气体脉冲、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)或其他铋前驱体气体脉冲、氧前驱体气体脉冲以及三甲基镓气体或其他镓前驱体气体脉冲，则：
脉冲N由如下动作实现：
由设备控制器控制使铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中惰性气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲B由如下动作实现：
由设备控制器控制使铋前驱体管路自动阀AK1处于打开状态，镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲O由如下动作实现：
由设备控制器控制使氧前驱体管路自动阀AK3处于打开状态，铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲G由如下动作实现：
由设备控制器控制使镓前驱体管路自动阀AK2处于打开状态，铋前驱体管路自动阀AK1、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
前述这些气体脉冲时序的规律如下：
在任意一个三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲或氧前驱体气体脉冲或三甲基镓气体脉冲的之前或之后，都具有一个惰性气体脉冲，即，例如：BN……，或GN……，或ON……，或……NBN……，或……NGN……，或……NON……，此处省略号“……”表示其他可能的排列序列；且在满足上述条件的情况下，
在任意一个三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲或三甲基镓气体脉冲的次邻近处，都还具有一个氧前驱体气体脉冲，即，例如：……NONBN……，或……NONGN……，或……NBNON……，或……NGNON……，此处省略号“……”表示其他可能的排列序列；且在满足上述条件的情况下，
三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲、氧前驱体气体脉冲、三甲基镓气体脉冲、惰性气体脉冲可以以任意次序排列，可以是多个三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲或氧前驱体气体脉冲或三甲基镓气体脉冲和惰性气体脉冲依次连续分布，再邻接一组或多组其余前驱体气体脉冲；换言之，一个或多个通入三甲基镓气体脉冲、一个或多个通入三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)脉冲、一个或多个通入氧前驱体气体脉冲可以以任意次序排列，举例而言，铋前驱体气体脉冲、氧前驱体气体脉冲、镓前驱体气体脉冲、惰性气体脉冲的排序可以是……BNONBNONBNONGNONBNONGNON……，也可以是……BNONGNONBNONBNONBNONBNONGNON……，还可以是……GNONGNONBNONBNONBNONBNONBNON……，或……GNONBNONBNONBNONBNONGNONBNON……等等；此处省略号“……”表示其他可能的排列序列；
这些气体脉冲序列由设备控制器控制相应的自动阀的开、关以实现，并由程序执行特定序列的生长周期循环。
在一个生长周期中，各个气体脉冲的数量为4的倍数且不小于8，例如：4，8，12，16，……等等；各个气体脉冲通过管路依次通入真空反应腔中，托盘和衬底依次暴露在这些气体脉冲形成的气体氛围中；
且，
在一个生长周期中，铋前驱体气体脉冲和镓前驱体气体脉冲的数量之和等于氧前驱体脉冲的数量，铋前驱体气体脉冲、镓前驱体气体脉冲和氧前驱体气体脉冲的数量之和等于惰性气体脉冲的数量；，
考虑到有机前驱体分子的空间位阻效应，铋前驱体气体脉冲的数量与镓前驱体气体脉冲的数量并不一定相等
而是按照如下原则进行分配：
在一个生长周期中，衬底上沉积得到的铋、镓的化学计量比接近于1:1，允许有10％以下的正误差，即铋、镓的化学计量比在1:1～1:1.1的范围内。
这是由于需要考虑在步骤K快速热退火中铋元素容易挥发而作出的适当补偿。
在满足上述要求的情况下，铋前驱体气体脉冲、镓前驱体气体脉冲在在一个生长周期中中尽可能地时间上均匀分布排列。
在薄膜制备过程中，合理选择真空反应腔的温度、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)、三甲基镓、惰性气体的流速、压力，使得衬底材料每次暴露在三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)、三甲基镓、氧前驱体氛围中时，均可以使衬底材料表面完整地吸附一单分子层三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)或三甲基镓。
其吸附机制为朗缪尔(Langmuir)吸附；
当衬底依次暴露在两种前驱体的氛围中时，完成一次薄膜沉积，例如，衬底经过BNON脉冲序列时，沉积一层Bi2O3。
吸附覆盖率逐渐趋向于100％，理论上这样所需的时间是趋于无穷的。
实际中，我们往往认为覆盖率的增加变得很缓慢时它就是饱和的了。
在本发明中，铋前驱体气体脉冲取2～8s，镓前驱体气体脉冲取0.1～2s，氧前驱体气体脉冲取0.1～6s，基本认为可以各前驱体分子在衬底表面的化学吸附已足够完成一次完整的表面吸附，覆盖率接近于100％。
在任意一次前驱体气体脉冲中，除了吸附在衬底表面而形成一个分子层的前驱体分子，其余的多余的前驱体分子将会被紧随其后的惰性气体脉冲所带走，被真空泵排出真空反应腔外，也就是说，每一次衬底表面发生的“半反应”之后，衬底表面最多会形成一层某种前驱体原子，实际上，通常而言，由于前驱体分子的位阻效应，或称有机基团的遮蔽效应、阴影效应，一次“半反应”之后并不能在衬底表面形成一层某种前驱体原子，而是需要多次“半反应”才能够在衬底表面形成一层某种前驱体原子。
正是基于上述原理，本发明的制备BiGaO3薄膜材料的方法，可以真正实现薄膜生长时厚度的精确可控。这是其他任何薄膜生长技术所无法媲美的。
在薄膜制备过程中，衬底温度位于前述的合适的温度窗口内，在衬底每次暴露在铋前驱体气体氛围、镓前驱体气体氛围、氧前驱体气体氛围时，衬底表面的化学吸附反应均为“半反应”(“half-reaction”)，而不是一次完整的化学吸附反应，只有衬底两次分别暴露在铋前驱体气体氛围和氧前驱体气体氛围，或镓前驱体气体氛围和氧前驱体气体氛围，才完成一次完整的化学吸附反应，分别得到一个原子层的Bi2O3或Ga2O3；
以衬底依次暴露在三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)氛围和水汽氛围为例，衬底在三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)氛围时其表面化学吸附反应为：
※Bi–OH+Bi(tmhd)3(g)→※Bi–O–Bi(tmhd)2+Htmhd(4)
然后，衬底再在水汽氛围时其表面化学吸附反应为：
※Bi–tmhd+H2O(g)→※Bi–OH+Htmhd(5)
这里，※表示衬底表面吸附位，括号中的字母g表示气态。这样就在衬底表面完成了一次完整的化学吸附反应，得到一个原子层的Bi2O3。事实上，实际的化学吸附反应可能比上面两个方程式所描述的更加复杂，例如，一个Bi(tmhd)3分子可能与一个以上的羟基(–OH)结合,参见方程(4)。
在本发明中，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)的分子式表达为Bi(tmhd)3，其中tmhd表示2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸-基团。
经X射线衍射(XRD)测试证实，所述的BiGaO3薄膜材料在所选择的衬底上生长得到的择优取向为(112)，空间群为Pcca，晶格常数为a=5 .626Å，b=5 .081Å，c=10 .339Å。
由于本发明的方法可实现薄膜生长时厚度精确可控，但每次生长最多仅得到一个原子层的材料，生长速度较低，因此，通常用于生长数个纳米至几十纳米的厚度的BiGaO3薄膜材料，最多几百纳米，小于500纳米，否则其过低的生长速度将会变得无法接受。
在本发明中，所述的衬底可以是Si、LaNiO3/Si、Pt/TiO2/SiO2/Si、Pt/Ti/SiO2/Si，还可以是其他合适的衬底，如TiN、SiO2等。
在本发明中，术语“惰性气体”不仅仅指通常化学领域所指的惰性气体(氦气、氩气等)，还包括在整个薄膜制备过程中不会与前驱体发生化学反应的其他气体，例如：氮气。
在本发明中，氧前驱体气体可以是H2O、O2、O3其中任意一种，也可以是其中任意两种或三种的混合气体，其中H2O为去离子水，O2、O3纯度均高于99.999％。
在本发明中，铋前驱体、镓前驱体分别为三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)、三甲基镓；在设备允许和满足实际需求的情况下，铋前驱体也可以采用三苯基铋、三甲基铋、三叔丁醇基铋、三甲代甲硅烷基铋等，镓前驱体也可以采用三乙基镓、三叔丁基镓。
优选地，连接到真空反应腔的所有气体管路均包覆有加热带，由设备控制器集中供电对管路进行加热，以避免各种前驱体气体在管路中的凝结；
优选地，托盘可以与一电机的转轴连接，在薄膜生长过程中由电机带动托盘匀速旋转，通过这种旋转衬底的方式，可以使得到的薄膜均匀性更好。
优选地，设备控制器可以是定制的专用电路，可以是由PLC(可编程逻辑控制器)构成，可以由FPGA(现场可编程门阵列)构成，也可以由CPLD(复杂可编程逻辑器件)构成，还可以是单片机构成，或是PC机。
本发明的有益效果：
通过采用本发明的制备BiGaO3薄膜材料的方法，可以实现BiGaO3薄膜生长厚度的精确可控，且BiGaO3薄膜表面平整度大大优于现有技术。
附图说明
图1：制备BiGaO3薄膜材料的装置，图中：1，铋前驱体源；K1，铋前驱体管路手动阀；AK1，铋前驱体管路自动阀；MFC1，铋前驱体载气管路质量流量控制器；2，镓前驱体源；K2，镓前驱体管路手动阀；AK2，镓前驱体管路自动阀；MFC2，镓前驱体载气管路质量流量控制器；3，氧前驱体源；K3，氧前驱体管路手动阀；AK3，氧前驱体管路自动阀；MFC3，氧前驱体载气管路质量流量控制器；4，惰性气体源；K4，惰性气体管路手动阀；AK4，真空泵进气口自动阀门；
图2：薄膜生长的合适的温度窗口示意图，图中L表示温度下限，H表示温度上限；在温度窗口内，沉积速率不随温度变化；当温度不够高时，前驱体冷凝引起多层吸附导致过高的沉积速率，或导致吸附不完全，反应活性差；温度过高时前驱体分解导致额外的CVD式生长，或由于过高的热动能，前驱体解吸附。
图3、4：分别以N、B、O、G来代表惰性气体脉冲、铋前驱体气体脉冲、氧前驱体气体脉冲以及镓前驱体气体脉冲。
具体实施方式
下面结合实例具体介绍本发明的技术方案。
实施例1：
A)将清洗洁净的衬底材料用惰性气体吹干，放置入衬底托盘中；
B)托盘连同衬底移入真空反应腔，通过设备控制器开启真空泵，然后再打开真空泵进气口自动阀门AK4，对真空反应腔进行抽真空；
C)铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3、惰性气体4分别为三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)、三叔丁基镓、H2O、纯度在99.9995％以上的N2(氮气)；
在设备控制器上设定铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的温度分别为180℃、25℃、15℃，由设备控制器控制铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的容器的电加热器和/或半导体制冷器的工作状态，以使铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的温度恒定在设定的温度值；
三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)气体由一个固体源瓶产生，原料三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)被加热处于170-195℃下，产生三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)气体；H2O气体由一个液体源瓶产生，去离子水在室温状态下并由半导体制冷片适当降温以避免产生过高的蒸汽压；三叔丁基镓气体由一个液体源瓶产生，将三叔丁基镓用有机溶剂进行稀释溶解并产生三叔丁基镓蒸汽；
由设备控制器控制电加热器对真空腔进行加热，使真空腔中的托盘和衬底的温度在整个薄膜生长过程中维持在330℃，在该温度下薄膜的生长速率为一个基本恒定的值，薄膜的生长速率与前驱体气体供应的流速、载气即惰性气体的流速、前驱体的温度、衬底的温度、真空腔的分隔空间的真空度基本无关；
D)当真空腔温度恒定30分钟后，在设备控制器的输入界面上设定薄膜生长的循环次数：
以B、G、O、N分别代表三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲、三叔丁基镓气体脉冲、H2O气体脉冲、氮气脉冲，在整个生长周期内，气体脉冲循环序列如图3所示；
在设备控制器的输入界面上设定三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲长度为5s，三叔丁基镓气体脉冲长度为2s，H2O气体脉冲长度为0.1s，氮气脉冲长度为4s；
在设备控制器的输入界面上设定铋前驱体载气管路气体流速为200sccm(standardcubiccentimetersperminute)、镓前驱体载气管路气体流速200sccm、氧前驱体载气管路气体流速250sccm；手动打开铋前驱体管路手动阀K1、镓前驱体管路手动阀K2、氧前驱体管路手动阀K2、惰性气体管路手动阀K4；
E)由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔，真空反应腔按照步骤D)设定的气体脉冲时序分别通入惰性气体、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)或其他铋前驱体气体、氧前驱体气体以及三甲基镓气体或其他镓前驱体气体；所有前驱体气体均分别采用惰性气体进行输运；在薄膜沉积过程中，真空反应腔内维持气压1–10hPa；
脉冲N由如下动作实现：
由设备控制器控制使铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中惰性气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲B由如下动作实现：
由设备控制器控制使铋前驱体管路自动阀AK1处于打开状态，镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲O由如下动作实现：
由设备控制器控制使氧前驱体管路自动阀AK3处于打开状态，铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲G由如下动作实现：
由设备控制器控制使镓前驱体管路自动阀AK2处于打开状态，铋前驱体管路自动阀AK1、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
F)当薄膜生长循环次数达到设定的次数时，薄膜厚度达到所需值，得到一定厚度的BiGaO3薄膜材料，由设备控制器关闭铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3，停止通入铋前驱体、镓前驱体、氧前驱体，继续通入惰性气体，停止对电加热器供电，停止对真空腔加热；
G)手动关闭铋前驱体管路手动阀K1、镓前驱体管路手动阀K2、氧前驱体管路手动阀K3，惰性气体管路手动阀K4、真空泵进气口自动阀门AK4保持打开状态，真空反应腔进行自然冷却；
H)真空腔达到或接近室温时，由设备控制器关闭真空泵进气口自动阀门AK4；
I)关闭真空泵进气口自动阀门AK4，对真空反应腔进行充气使其气压达到一个大气压，真空反应腔内外气压达到平衡状态；
J)取出已沉积得到BiGaO3薄膜材料的衬底，关闭惰性气体管路手动阀K4；
K)将步骤J中得到的附着有BiGaO3薄膜材料的衬底，放入快速退火炉中，进行快速热退火处理，即依次经过以下三个快速热退火(RTA)步骤：
(a)在180-220℃下维持3分钟；
(b)在390-400℃下维持5分钟；
(c)在700℃-750℃下高温退火5分钟；
自然冷却后取出。
对所得到的薄膜样品进行一系列的测试。
实施例2：
A)将清洗洁净的衬底材料用惰性气体吹干，放置入衬底托盘中；
B)托盘连同衬底移入真空反应腔，通过设备控制器开启真空泵，然后再打开真空泵进气口自动阀门AK4，对真空反应腔进行抽真空；
C)铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3、惰性气体4分别为三甲基铋、三甲基镓、H2O、纯度在99.9995％以上的N2(氮气)；
在设备控制器上设定铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的温度分别为25℃、25℃、15℃，由设备控制器控制铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的容器的电加热器和/或半导体制冷器的工作状态，以使铋前驱体源1、镓前驱体源2、氧前驱体源3的温度恒定在设定的温度值；
三甲基铋气体由一个液体源瓶产生，将三甲基铋用有机溶剂进行稀释溶解并产生三甲基铋蒸汽；三甲基镓气体由一个液体源瓶产生，将三甲基镓用有机溶剂进行稀释溶解并产生三甲基镓蒸汽；H2O气体由一个液体源瓶产生，去离子水在室温状态下并由半导体制冷片适当降温以避免产生过高的蒸汽压；
由设备控制器控制电加热器对真空腔进行加热，使真空腔中的托盘和衬底的温度在整个薄膜生长过程中维持在300℃，在该温度下薄膜的生长速率为一个基本恒定的值，薄膜的生长速率与前驱体气体供应的流速、载气即惰性气体的流速、前驱体的温度、衬底的温度、真空腔的分隔空间的真空度基本无关；
D)当真空腔温度恒定30分钟后，在设备控制器的输入界面上设定薄膜生长的循环次数：
以B、G、O、N分别代表三甲基铋气体脉冲、三甲基镓气体脉冲、H2O气体脉冲、N2脉冲，在整个生长周期内，气体脉冲循环序列如图3所示；
在设备控制器的输入界面上设定三甲基铋气体脉冲长度为1s，三甲基镓气体脉冲长度为1s，H2O气体脉冲长度为0.1s，氮气脉冲长度为4s；
在设备控制器的输入界面上设定铋前驱体载气管路气体流速为200sccm(standardcubiccentimetersperminute)、镓前驱体载气管路气体流速200sccm、氧前驱体载气管路气体流速230sccm；手动打开铋前驱体管路手动阀K1、镓前驱体管路手动阀K2、氧前驱体管路手动阀K2、惰性气体管路手动阀K4；
E)由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔，真空反应腔按照步骤D)设定的气体脉冲时序分别通入惰性气体、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铋(III)或其他铋前驱体气体、氧前驱体气体以及三甲基镓气体或其他镓前驱体气体；所有前驱体气体均分别采用惰性气体进行输运；在薄膜沉积过程中，真空反应腔内维持气压1–10hPa；
脉冲N由如下动作实现：
由设备控制器控制使铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中惰性气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲B由如下动作实现：
由设备控制器控制使铋前驱体管路自动阀AK1处于打开状态，镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲O由如下动作实现：
由设备控制器控制使氧前驱体管路自动阀AK3处于打开状态，铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
脉冲G由如下动作实现：
由设备控制器控制使镓前驱体管路自动阀AK2处于打开状态，铋前驱体管路自动阀AK1、氧前驱体管路自动阀AK3均处于关闭状态，由设备控制器控制铋前驱体载气管路质量流量控制器MFC1、镓前驱体载气管路质量流量控制器MFC2、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC3，使得各气体管路中气体按照步骤D)中的设定值通入真空反应腔；
F)当薄膜生长循环次数达到设定的次数时，薄膜厚度达到所需值，得到一定厚度的BiGaO3薄膜材料，由设备控制器关闭铋前驱体管路自动阀AK1、镓前驱体管路自动阀AK2、氧前驱体管路自动阀AK3，停止通入铋前驱体、镓前驱体、氧前驱体，继续通入惰性气体，停止对电加热器供电，停止对真空腔加热；
G)手动关闭铋前驱体管路手动阀K1、镓前驱体管路手动阀K2、氧前驱体管路手动阀K3，惰性气体管路手动阀K4、真空泵进气口自动阀门AK4保持打开状态，真空反应腔进行自然冷却；
H)真空腔达到或接近室温时，由设备控制器关闭真空泵进气口自动阀门AK4；
I)关闭真空泵进气口自动阀门AK4，对真空反应腔进行充气使其气压达到一个大气压，真空反应腔内外气压达到平衡状态；
J)取出已沉积得到BiGaO3薄膜材料的衬底，关闭惰性气体管路手动阀K4；
K)将步骤J中得到的附着有BiGaO3薄膜材料的衬底，放入快速退火炉中，进行快速热退火处理，即依次经过以下三个快速热退火(RTA)步骤：
(a)在180-220℃下维持3分钟；
(b)在390-400℃下维持4分钟；
(c)在700℃-750℃下高温退火4分钟；
自然冷却后取出。
对所得到的薄膜样品进行一系列的测试。
Claims (5)
1.一种制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列，所述的BiGaO3薄膜材料的空间群为Pcca，晶格常数为a=5.626Å，b=5.081Å，c=10.339Å，所述的BiGaO3薄膜材料在所选择的衬底上生长得到的择优取向为（112）；所述BiGaO3薄膜材料采用前驱体时间分隔式的自限制性的表面吸附反应得到；
其特征在于：
所述气体脉冲序列由三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲、三甲基镓气体脉冲、氧前驱体气体脉冲、惰性气体脉冲组成；
三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲、三甲基镓气体脉冲、氧前驱体气体脉冲、惰性气体脉冲按照预定的次序依次通入真空反应腔中，化学吸附反应在真空反应腔中进行；各个气体脉冲通过管路依次通入真空反应腔中，托盘和衬底依次暴露在这些气体脉冲形成的气体氛围中；
分别以N、B、O、G来代表惰性气体脉冲、三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲、氧前驱体气体脉冲以及三甲基镓气体脉冲，则
所述气体脉冲时序的规律如下：
在任意一个三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲或三甲基镓气体脉冲的之前或之后，都具有一个惰性气体脉冲；且在满足上述条件的情况下，
在任意一个三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲或三甲基镓气体脉冲的次邻近处，都还具有一个氧前驱体气体脉冲；且在满足上述条件的情况下，
在一个生长周期中，各个气体脉冲的数量为4的倍数且不小于8；
且，
在一个生长周期中，三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲和三甲基镓气体脉冲的数量之和等于氧前驱体脉冲的数量，三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲、三甲基镓气体脉冲和氧前驱体气体脉冲的数量之和等于惰性气体脉冲的数量；
考虑到有机前驱体分子的空间位阻效应，三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲和三甲基镓气体脉冲的数量按照如下原则进行分配：
在一个生长周期中，衬底上沉积得到的铋、镓的化学计量比在1:1~1:1.1的范围内，过量的铋将在退火步骤中挥发、去除；
在满足上述要求的情况下，三(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3 ,5-庚二酮酸)铋(III)气体脉冲和三甲基镓气体脉冲在一个生长周期中，时间上均匀分布排列；
所述氧前驱体气体为H2O、O2、O3其中任意一种。
2.如权利要求1所述的制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列，其特征在于：氧前驱体气体为H2O、O2、O3中任意两种或三种的混合气体。
3.如权利要求1所述的制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列，其特征在于：所述表面吸附反应特指朗缪尔吸附机制的不可逆的化学吸附反应。
4.如权利要求1所述的制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列，其特征在于：所述惰性气体指在整个薄膜制备过程中不会与前驱体发生化学反应的气体。
5.如权利要求1所述的制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列，其特征在于：所述气体脉冲序列由设备控制器控制相应管路中的自动阀的开、关以实现，并由程序执行特定序列的生长周期循环。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710579260.2A CN107557756B (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510766400.8A CN105386006B (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 前驱体时间分隔式制备镓酸铋薄膜的方法 |
| CN201710579260.2A CN107557756B (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510766400.8A Division CN105386006B (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 前驱体时间分隔式制备镓酸铋薄膜的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107557756A CN107557756A (zh) | 2018-01-09 |
| CN107557756B true CN107557756B (zh) | 2020-05-26 |
Family
ID=55418770
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710579260.2A Active CN107557756B (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列 |
| CN201510766400.8A Active CN105386006B (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 前驱体时间分隔式制备镓酸铋薄膜的方法 |
| CN201710579314.5A Pending CN107475687A (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 制备BiGaO3薄膜材料的反应装置 |
Family Applications After (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510766400.8A Active CN105386006B (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 前驱体时间分隔式制备镓酸铋薄膜的方法 |
| CN201710579314.5A Pending CN107475687A (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 制备BiGaO3薄膜材料的反应装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (3) | CN107557756B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107058973A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-08-18 | 常州大学 | 大面积钙钛矿薄膜的制备设备 |
| CN107937885A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-04-20 | 北京工业大学 | 一种蜂窝状载体表面原子层涂层装置 |
| CN113235070A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-10 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种cvd管路及具有其的cvd装置 |
| US11939668B2 (en) * | 2022-04-26 | 2024-03-26 | Applied Materials, Inc. | Gas delivery for tungsten-containing layer |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1033384C (zh) * | 1993-01-15 | 1996-11-27 | 山东大学 | 钛酸铋铁电薄膜的制备方法 |
| US20070237697A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Tokyo Electron Limited | Method of forming mixed rare earth oxide and aluminate films by atomic layer deposition |
| CN100369864C (zh) * | 2006-05-23 | 2008-02-20 | 湖北大学 | BNdT铁电薄膜择优取向生长的制备方法 |
| RU2367606C1 (ru) * | 2008-02-26 | 2009-09-20 | Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) | Способ получения висмута галлово-кислого основного |
| US7666474B2 (en) * | 2008-05-07 | 2010-02-23 | Asm America, Inc. | Plasma-enhanced pulsed deposition of metal carbide films |
| US9171960B2 (en) * | 2013-01-25 | 2015-10-27 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Metal oxide layer composition control by atomic layer deposition for thin film transistor |
| CN103496747B (zh) * | 2013-09-06 | 2015-05-20 | 山东建筑大学 | 一种铁酸铋-锶铋钛多铁复合薄膜及其制备方法 |
| CN104532210A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-22 | 天津大学 | 一种原子层沉积设备和应用 |
-
2015
- 2015-11-11 CN CN201710579260.2A patent/CN107557756B/zh active Active
- 2015-11-11 CN CN201510766400.8A patent/CN105386006B/zh active Active
- 2015-11-11 CN CN201710579314.5A patent/CN107475687A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107557756A (zh) | 2018-01-09 |
| CN107475687A (zh) | 2017-12-15 |
| CN105386006A (zh) | 2016-03-09 |
| CN105386006B (zh) | 2017-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107557756B (zh) | 制备BiGaO3薄膜材料的气体脉冲序列 | |
| RU2600047C2 (ru) | Способ и устройство для осаждения атомных слоев | |
| CN105200393A (zh) | 成膜装置和成膜方法 | |
| CN105177525A (zh) | 成膜装置和成膜方法 | |
| CN106609392A (zh) | 二维纳米薄膜制备装置及方法 | |
| US11495455B2 (en) | Apparatus for forming self-assembled monolayers | |
| CN107119264A (zh) | 同腔原位复合沉积铱‑氧化铝高温涂层设备与工艺 | |
| WO2018050953A1 (en) | Apparatus and methods for atomic layer deposition | |
| KR101498496B1 (ko) | 박막 형성 방법, 박막 형성 장치 및 프로그램이 기록된 기록 매체 | |
| CN102892921A (zh) | 生成沉积物的方法和硅基底表面上的沉积物 | |
| CN103946418A (zh) | 用于处理成批的衬底的原子层沉积反应器及其方法 | |
| WO2009113400A1 (ja) | 原料供給装置 | |
| CN104451600B (zh) | 一种氧化铋薄膜材料的制备方法 | |
| CN112239849B (zh) | 一种薄膜生长系统及方法 | |
| TWI827871B (zh) | 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法、基板處理程式及記錄媒體 | |
| US20110104896A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus | |
| CN107460450B (zh) | 用于制备组分渐变的铝镓酸铋薄膜的装置 | |
| WO2014161199A1 (zh) | 等离子体增强原子层沉积设备 | |
| CN107447202B (zh) | 制备铝镓酸铋薄膜的气体脉冲序列 | |
| CN105296961B (zh) | 前驱体空间分隔式制备镓酸铋薄膜的方法 | |
| CN105369216B (zh) | 前驱体时间分隔式制备铝酸铋薄膜的方法 | |
| CN105420695B (zh) | 有机源混溶式制备铝镓酸铋薄膜的方法 | |
| CN105256287B (zh) | 前驱体空间分隔式制备铝酸铋薄膜的方法 | |
| JP4152640B2 (ja) | 酸化亜鉛マイクロワイヤの製造方法 | |
| TW201708605A (zh) | 薄膜沈積的方法及裝置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Song Changqing Inventor after: Yin Haihong Inventor after: Wang Zhiliang Inventor after: Chen Jingjing Inventor before: Song Changqing Inventor before: Yin Haihong Inventor before: Wang Zhiliang |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20180109 Assignee: NANTONG DEAN CHEMICAL Co.,Ltd. Assignor: NANTONG University Contract record no.: X2023320000030 Denomination of invention: Gas pulse sequence for preparing BiGaO3thin film materials Granted publication date: 20200526 License type: Common License Record date: 20230111 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230824 Address after: 226000 Jiangsu city of Nantong province sik Road No. 9 Patentee after: Nantong University Technology Transfer Center Co.,Ltd. Address before: 226019 Jiangsu Province, Nantong City Chongchuan District sik Road No. 9 Patentee before: NANTONG University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20180109 Assignee: Nantong Hongjingtian Mechanical Equipment Technology Co.,Ltd. Assignor: Nantong University Technology Transfer Center Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980049389 Denomination of invention: Gas pulse sequence for preparing BiGaO3thin film materials Granted publication date: 20200526 License type: Common License Record date: 20231203 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |