CN114107901B - 一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统 - Google Patents
一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114107901B CN114107901B CN202010892022.9A CN202010892022A CN114107901B CN 114107901 B CN114107901 B CN 114107901B CN 202010892022 A CN202010892022 A CN 202010892022A CN 114107901 B CN114107901 B CN 114107901B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zno
- substrate
- bifeo
- film
- tetragonal phase
- 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
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 6
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims abstract description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 14
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 3
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002902 BiFeO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明提供一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统，包括：S1，研磨Bi2O3、Fe2O3粉末，将研磨后的混合粉末压制成溅射靶；S2，洗涤衬底，衬底至少包含ZnO(110)或ZnO(001)；S3，采用射频溅射使溅射靶的Bi、Fe、O原子沉积在衬底上，得到四方相BiFeO3外延薄膜。本发明提供的方法首次实现了四方相BiFeO3与半导体ZnO的外延集成，对其在非易失信息存储等领域的应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及铁电材料技术领域，具体涉及一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统。
背景技术
非易失存储是信息技术高速发展的必然要求，也是近年来半导体领域的一大研究热点。其中铁电存储器被认为是最具潜力的新一代存储器类型之一。在各种铁电存储器中，铁电场效应晶体管(FeFET)尤为引人关注。FeFET结构极为简单，其核心是金属-铁电体-绝缘体-半导体(MFIS)堆栈结构。但是，存储密度不高，成为制约基于MFIS堆栈的FeFET实用化的瓶颈因素。MFIS结构实际上可等效为两个串联电容，铁电层、绝缘层分压大小与其介电常数成反比，而与厚度成正比。若铁电层分压过小，不能使其极化饱和，器件性能会严重受限。由于介电失配问题(铁电层介电常数一般比通用的介电绝缘体大1到2个数量级)，为优化分压关系，使电压尽可能落于铁电体两端，只能增加铁电层厚度。MFIS结构中铁电体厚度通常高达数百纳米，同时伴随着较大的总写入电压，代价极为高昂。如何在保证存储窗口的前提下提高FeFET的存储密度，是决定其未来竞争力的关键科学问题之一。
要解决MFIS型FeFET存储密度不高的难题，一个可行的办法是利用金属-铁电体-半导体(MFS)堆栈替代MFIS堆栈。这对于铁电体-半导体界面质量提出了极高的要求，要求二者既要晶格匹配，又要化学匹配。T相BiFeO3是一种性能优异的铁电体，在铁电非易失存储领域有着广阔的应用前景。由于Fe离子相对于氧八面体的大幅度位移及Bi孤对电子的协同作用，T相BiFeO3具有迄今已知最大的铁电极化强度(～150μ C/cm2)。T相BiFeO3可能的极化对称性有MC、MA和T，其中前两者对应于单斜结构，后者为正四方结构。随着温度升高，T相BiFeO3依次发生MC-MA-T转变。目前为止，T相BiFeO3多生长在类钙钛矿衬底上，如何将之与半导体外延集成并应用于非易失存储，目前并无有效的方案。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本发明提供了在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统，用于至少部分解决铁电材料与半导体的外延集成难等技术问题。
(二)技术方案
本发明一方面提供了一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法，包括：S1，研磨Bi2O3、Fe2O3粉末，将研磨后的混合粉末压制成溅射靶；S2，洗涤衬底，衬底至少包含ZnO(110)或ZnO(001)；S3，采用射频溅射使溅射靶的Bi、Fe、O原子沉积在衬底上，得到四方相BiFeO3外延薄膜。
进一步地，S3中射频溅射时以Ar+及O2+的混合离子束作为离子源轰击溅射靶。
进一步地，S3中射频溅射时通入的氧气流量的范围为0～50sccm，通入的氩气流量的范围为0～500sccm。
进一步地，S3中射频溅射时氧气分压小于0.5Pa。
进一步地，S3中射频溅射时的衬底温度为450～700℃。
进一步地，S3中BiFeO3外延薄膜的厚度为0～150nm。
进一步地，S2中衬底包括ZnO(110)衬底、ZnO(001)衬底、ZnO(110)缓冲层或ZnO(001)缓冲层覆盖的蓝宝石衬底、ZnO(110)缓冲层或ZnO(001)缓冲层覆盖的ABO3钙钛矿氧化物衬底。
进一步地，S1中Bi2O3、Fe2O3粉末的摩尔比例为1.05∶1～1.15∶1。
进一步地，S2具体包括依次用丙酮、酒精、去离子水超声洗涤衬底；每次超声洗涤衬底时间为3～15min。
本发明另一方面提供了一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的射频溅射系统，包括：样品旋转系统，用于放置研磨后的Bi2O3、Fe2O3混合粉末压制成的溅射靶；衬底加热及控温系统，用于给至少包含ZnO(110)或ZnO(001)的衬底进行加热及控温；沉积室，用于使溅射靶的Bi、Fe、O原子沉积在衬底上，得到四方相BiFeO3外延薄膜。
(三)有益效果
本发明实施例提供的一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法，利用射频溅射技术，首次实现了四方相BiFeO3与半导体ZnO的外延集成。该方法步骤简单，易于实现大面积生长制备，解决了铁电材料与半导体的外延集成难题，有利于铁电非易失存储器的大规模推广应用。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法流程图；
图2示意性示出了根据本发明实施例在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜系统的结构图；
图3示意性示出了根据本发明实施例得到的T相BiFeO3样品的x射线衍射谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的第一实施例提供了一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法，请参见图1，包括：
S1，研磨Bi2O3、Fe2O3粉末，将研磨后的混合粉末压制成溅射靶；
为保证薄膜生长时具有可控的化学计量比，所制靶材无需高温烧结，压后即用，以避免Bi元素在烧结时的挥发。
S2，洗涤衬底，衬底至少包含ZnO(110)或ZnO(001)；
为了解决MFIS型FeFET存储密度不高的难题，本发明采用金属-铁电体-半导体(MFS)堆栈替代MFIS堆栈，这对于铁电体-半导体界面质量提出了极高的要求，要求二者既要晶格匹配，又要化学匹配。结合BiFeO3的性质，这里选用单晶衬底表面为(110)、(001)的ZnO与之结合。
S3，采用射频溅射使溅射靶的Bi、Fe、O原子沉积在衬底上，得到四方相BiFeO3外延薄膜。
射频溅射可在低气压下进行，溅射速率高，且不仅可溅射金属靶，也可溅射绝缘靶，可以把导体、半导体、绝缘体中的任意材料薄膜化。这里利用射频溅射沉积BiFeO3薄膜，通过调控氧分压、温度及薄膜厚度，成功得到了T相BiFeO3外延薄膜。
在上述实施例的基础上，S3中射频溅射时以Ar+及O2+的混合离子束作为离子源轰击溅射靶。
以混合离子束轰击靶材，可提供使亚稳四方相BiFeO3稳定存在所需的氧分压条件，并防止Bi2O3等杂相出现。
在上述实施例的基础上，S3中射频溅射时通入的氧气流量的范围为0～50sccm，通入的氩气流量的范围为0～500sccm。
这里的流量控制是为了调控总的工作气压及氧分压，确保生成四方相BiFeO3，并抑制杂相出现。
在上述实施例的基础上，S3中射频溅射时氧气分压小于0.5Pa。
氧气分压小于0，5Pa，有利于长出单相的四方相BiFeO3外延薄膜。
在上述实施例的基础上，S3中射频溅射时的衬底温度为450～700℃。
在该衬底温度范围内，有利于使亚稳的四方相BiFeO3稳定存在。
在上述实施例的基础上，S3中BiFeO3外延薄膜的厚度为0～150nm。
调控薄膜厚度，有利于形成单相的四方相BiFeO3(四方相BiFeO3具有临界厚度，临界厚度之上会向母相弛豫)。
在上述实施例的基础上，S2中衬底包括ZnO(110)衬底、ZnO(001)衬底、ZnO(110)缓冲层或ZnO(001)缓冲层覆盖的蓝宝石衬底、ZnO(110)缓冲层或ZnO(001)缓冲层覆盖的ABO3钙钛矿氧化物衬底。
这里衬底可以直接是ZnO(110)衬底、ZnO(001)衬底，也可以是ZnO(110)、ZnO(001)作缓冲层覆盖在其它衬底材料上，其中ZnO(110)、ZnO(001)与四方相BiFeO3的(001)面晶格匹配，有利于实现四方相BiFeO3的外延生长。
在上述实施例的基础上，S1中Bi2O3、Fe2O3粉末的摩尔比例为1.05∶1～1.15∶1。
这里Bi2O3粉末的摩尔比例要稍高于Fe2O3，是为了补偿在溅射过程中由于Bi挥发造成的Bi组分损失。
在上述实施例的基础上，S2具体包括依次用丙酮、酒精、去离子水超声洗涤衬底；每次超声洗涤衬底时间为3～15min。
依次用去离子水、酒精、丙酮洗涤衬底，是为了去除衬底表面的有机物污染，保证外延生长的顺利进行。
本发明的第二实施例提供了一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的射频溅射系统，请参见图2，包括：样品旋转系统204，用于放置研磨后的Bi2O3、Fe2O3混合粉末压制成的溅射靶；衬底加热及控温系统205，用于给至少包含ZnO(110)或ZnO(001)的衬底进行加热及控温；沉积室201，用于使溅射靶的Bi、Fe、O原子沉积在衬底上，得到四方相BiFeO3外延薄膜。
还包括真空系统(包括管路及真空泵)206，用于调节沉积室201内的氧分压；样品旋转系统204，用于旋转衬底使BiFeO3薄膜沉积得更均一；溅射靶202，用于提供沉积BiFeO3薄膜的原料；衬底203；用于生长高质量的T相BiFeO3薄膜。由于射频方法可以在溅射靶202上产生自偏压效应，即在射频电场作用的同时，溅射靶202会自动处于一个较大的负电位下，从而导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射，而在衬底203上自偏压效应很小，气体离子对其产生的轰击和溅射可以忽略，主要是沉积过程。
下面以一具体实施例对本发明进行详细描述。
(1)将Bi2O3和Fe2O3粉末研磨制成沉积BiFeO3薄膜的溅射靶；
(2)以清洗过的ZnO(110)缓冲层/Al2O3(102)衬底作为外延衬底；
(3)将ZnO(110)缓冲层/Al2O3(102)衬底依次用酒精、丙酮、去离子水进行超声洗涤5min，用氮气吹干待用；
(4)然后将衬底放入射频溅射系统的沉积室，通入氧气的流量范围为0～50sccm，通入氩气的流量范围为0～500sccm，溅射时腔室的氧分压小于0.5Pa。
(5)用衬底加热系统将衬底温度升至450-700℃并保温。开功率源(功率为30-200W)，并在衬底上沉积薄膜。
(6)在衬底上分别做不同溅射时间的样品，之后将升温设备关闭，待其温度降到室温后，将样品取出，得到厚度小于150nm的不同厚度的样品。
按照上述工艺条件，ZnO(110)缓冲层/Al2O3(102)衬底上外延了T相BiFeO3薄膜；并通过氧分压、生长温度及薄膜厚度的调节，实现了对BiFeO3结构的有效调控，得到了高质量的T相BiFeO3薄膜。图3为依照本发明实施例在工艺条件范围内得到的T相BiFeO3样品的x射线衍射谱(其横轴为2θ角，纵轴为强度)；除衬底及缓冲层衍射峰外，我们只观察到T相BiFeO3(001)、(002)及(003)衍射峰。结果表明我们在ZnO(110)缓冲层/Al2O3(102)衬底上成功外延出T相BiFeO3薄膜，得到了一种有效的制备T相BiFeO3薄膜的方法。通过该方法，我们实现了具有高晶格参数c/a比的T相BiFeO3薄膜与ZnO的外延集成，为其在非易失信息存储领域的应用奠定了材料基础。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法，包括：
S1，研磨Bi2O3、Fe2O3粉末，将研磨后的混合粉末压制成溅射靶；
所述S1中Bi2O3、Fe2O3粉末的摩尔比例为1.05∶1～1.15∶1；
S2，洗涤衬底，所述衬底至少包含ZnO(110)或ZnO(001)；
S3，采用射频溅射使所述溅射靶的Bi、Fe、O原子沉积在所述衬底上，得到四方相BiFeO3外延薄膜；其中，
所述S3中射频溅射时以Ar+及O2+的混合离子束作为离子源轰击所述溅射靶；
所述S3中射频溅射时通入的氧气流量的范围为0～50sccm，通入的氩气流量的范围为0～500sccm；
所述S3中射频溅射时的衬底温度为450～700℃；
所述S3中BiFeO3外延薄膜的厚度为0～150nm。
2.根据权利要求1所述的在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法，其特征在于，所述S3中射频溅射时氧气分压小于0.5Pa。
3.根据权利要求1所述的在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法，其特征在于，所述S2中衬底包括ZnO(110)衬底、ZnO(001)衬底、ZnO(110)缓冲层或ZnO(001)缓冲层覆盖的蓝宝石衬底、ZnO(110)缓冲层或ZnO(001)缓冲层覆盖的ABO3钙钛矿氧化物衬底、ZnO(110)缓冲层覆盖的Al2O3(102)衬底。
4.根据权利要求1所述的在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法，其特征在于，所述S2具体包括依次用丙酮、酒精、去离子水超声洗涤衬底；每次超声洗涤衬底时间为3～15min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010892022.9A CN114107901B (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010892022.9A CN114107901B (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114107901A CN114107901A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114107901B true CN114107901B (zh) | 2023-06-13 |
Family
ID=80359740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010892022.9A Active CN114107901B (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114107901B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009231482A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Kanazawa Univ | 強誘電体材料及び圧電体 |
| CN103014625A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-03 | 东南大学 | 制备四方相室温多铁性材料BiFeO3的方法 |
| CN103839946A (zh) * | 2014-03-10 | 2014-06-04 | 中国科学院半导体研究所 | 基于四方相铁酸铋的mfis结构及制备方法 |
| CN109161847A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-08 | 华南师范大学 | 镓掺杂铁酸铋超四方相外延薄膜及其制备方法和应用 |
| CN109208069A (zh) * | 2018-07-18 | 2019-01-15 | 华南师范大学 | 一种诱导铁酸铋薄膜相变的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3873935B2 (ja) * | 2003-06-18 | 2007-01-31 | セイコーエプソン株式会社 | 強誘電体メモリ素子 |
| US7488526B2 (en) * | 2005-11-22 | 2009-02-10 | Ricoh Company, Ltd. | Sputtering target and manufacturing method therefor, and optical recording medium and manufacturing method therefor |
| CN101509126A (zh) * | 2009-03-18 | 2009-08-19 | 王凯 | 一种透明导电氧化物薄膜制备设备及方法 |
| CN103540904B (zh) * | 2013-10-15 | 2015-11-18 | 中国科学院半导体研究所 | 制备T相BiFeO3薄膜的方法 |
| CN105568241A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-05-11 | 重庆科技学院 | 射频偏置溅射装置及溅射方法 |
| CN108565336B (zh) * | 2018-03-12 | 2022-01-04 | 华南师范大学 | 一种BiFeO3薄膜及其制备方法 |
-
2020
- 2020-08-28 CN CN202010892022.9A patent/CN114107901B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009231482A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Kanazawa Univ | 強誘電体材料及び圧電体 |
| CN103014625A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-03 | 东南大学 | 制备四方相室温多铁性材料BiFeO3的方法 |
| CN103839946A (zh) * | 2014-03-10 | 2014-06-04 | 中国科学院半导体研究所 | 基于四方相铁酸铋的mfis结构及制备方法 |
| CN109208069A (zh) * | 2018-07-18 | 2019-01-15 | 华南师范大学 | 一种诱导铁酸铋薄膜相变的方法 |
| CN109161847A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-08 | 华南师范大学 | 镓掺杂铁酸铋超四方相外延薄膜及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 外延BiFeO_3薄膜的TEM显微结构表征;张腾;于荣;朱静;詹倩;朱英豪;;电子显微学报(第04期);第282-284页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114107901A (zh) | 2022-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ferri et al. | Ferroelectrics everywhere: Ferroelectricity in magnesium substituted zinc oxide thin films | |
| CN108441830B (zh) | 一种采用反应磁控溅射制备二氧化铪基铁电薄膜的方法 | |
| US6533906B2 (en) | Method of manufacturing an oxide epitaxially strained lattice film | |
| CN108441831B (zh) | 一种钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的制备方法 | |
| KR101126650B1 (ko) | 유전체막의 제조 방법 | |
| CN109161847B (zh) | 镓掺杂铁酸铋超四方相外延薄膜及其制备方法和应用 | |
| Liu et al. | Low-temperature integration of lead-based ferroelectric capacitors on Si with diffusion barrier layer | |
| JP3683158B2 (ja) | 鉛ゲルマニウム酸化物膜の成長方法およびキャパシタ | |
| CN113025959A (zh) | 一种离子束辅助磁控溅射沉积低温制备氧化铪基铁电薄膜的方法 | |
| JPH0927601A (ja) | 記憶装置および強誘電体記憶装置の製造方法 | |
| Lee et al. | Crystallographic structure and ferroelectricity of epitaxial hafnium oxide thin films | |
| CN101892522B (zh) | 利用氧等离子体辅助脉冲激光沉积法制备钛铌镁酸铅薄膜 | |
| CN114107901B (zh) | 一种在半导体ZnO上外延制备四方相BiFeO3薄膜的方法及系统 | |
| KR100321561B1 (ko) | 휘발 성분이 포함된 다성분 산화물 강유전체 박막의 제조방법 | |
| Lei et al. | The tunable dielectric properties of sputtered yttrium oxide films | |
| CN110937925A (zh) | 一种高极化强度和大应变特性的铁酸铋基薄膜及其制备方法 | |
| Cernea | Methods for preparation of BaTiO3 thin films | |
| Liu et al. | Effect of LaNiO3 buffer layer on dielectric and tunable properties of Pb0. 82La0. 08Sr0. 1Ti0. 98O3 thin films on Pt/Ti/SiO2/Si substrates | |
| Padhan et al. | Apparatus and method for the growth of epitaxial complex oxides on native amorphous SiO2 surface of (001) oriented single crystal silicon | |
| CN113035693B (zh) | 在半导体ZnO上外延制备HfO2基铁电薄膜的方法及其系统 | |
| CN104480427B (zh) | 氧化锌基稀磁半导体薄膜的制备方法及其电荷浓度的原位调控方法 | |
| Saif et al. | Effect of the chemical composition at the memory behavior of Al/BST/SiO 2/Si-gate-FET structure | |
| Wang et al. | Low-temperature processing of ferroelectric thin films on Si substrates | |
| CN106835134B (zh) | 一种新型磁电调谐复合薄膜及其制备方法 | |
| US20130327634A1 (en) | Misaligned sputtering systems for the deposition of complex oxide thin films |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |