專利名稱：一種MgO功能薄膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MgO功能薄膜，具體是一種MgO功能薄膜制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，在彩色等離子顯示器特別是交流型彩色等離子顯示器中，MgO功能薄膜充當(dāng)保護(hù)介質(zhì)層，以及作為高溫超導(dǎo)薄膜和鐵電薄膜的穩(wěn)定阻擋層引起了人們廣泛的興趣。目前，MgO功能薄膜主要的制備方法有真空蒸鍍法、化學(xué)氣相沉積法和溶膠-凝膠法等。其中，真空蒸鍍法多采用電子束蒸發(fā)技術(shù)和激光脈沖沉積技術(shù)，即分別采用電子束和激光聚焦在純MgO靶表面，使得MgO熔化而被蒸發(fā)。雖然這兩種方法可制備高純度的MgO功能薄膜，但由于采用純MgO靶成本高，并且若采用電子束蒸發(fā)法，則膜層內(nèi)不可避免地存在孔隙；而若采用激光脈沖沉積法，則大功率激光器價(jià)格昂貴，不適合制備大面積的薄膜。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法是利用magnesium β-diketonate和Mg(thd)2作金屬有機(jī)源，Ar氣作為運(yùn)輸氣體，通入O2以消除碳元素?fù)饺氡∧ぶ?，其工藝通用性較廣，可以大規(guī)模地制備MgO功能薄膜。不足之處在于沉積速度較慢，用作原料的金屬有機(jī)源的毒性較大，必須小心防護(hù)和操作。而溶膠-凝膠法基本上是以鎂金屬醇鹽為原料，這種物質(zhì)在國(guó)內(nèi)很難得到。目前，未見采用S-槍磁控濺射法制備MgO功能薄膜的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)、無(wú)公害，沉積速度快，可在低溫下沉積晶粒細(xì)小、致密度高的MgO功能薄膜制備工藝。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用S-槍磁控濺射法，具體為采用呈倒圓錐狀的純Mg作靶，HF酸清洗基體，裝爐后將真空室抽至6～8×10-3Pa，以Ar氣為保護(hù)氣體，O2氣為反應(yīng)氣體，通入Ar氣與O2，使Ar氣的導(dǎo)氣管口靠近Mg靶，O2的導(dǎo)氣管口靠近基體，工作參數(shù)工作壓強(qiáng)為4～8Pa，濺射電流為1～4A，獲得厚度約為0.5～1μm、致密均勻的MgO功能薄膜；真空室抽真空后，將基體加熱至100～200℃后，再通入O2和Ar氣；所述基體為玻璃載物片或硅片；所述O2氣與Ar氣的流量比為1～3∶1。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.靶材利用率高。采用本發(fā)明Mg靶的靶面形狀與磁力線分布形狀保持相似，利用不等厚的靶材來彌補(bǔ)不均勻的刻蝕，因此其靶材利用率高達(dá)50％以上，明顯高于現(xiàn)有技術(shù)中其它磁控濺射。
2.成本低。采用本發(fā)明可采用S-槍磁控濺射設(shè)備，或利用現(xiàn)有技術(shù)中蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行改造，直接取代蒸發(fā)工藝中的電子槍，十分方便、經(jīng)濟(jì)；另外采用純Mg作靶，Ar氣作保護(hù)原料，O2作反應(yīng)原料，其原料易得，且成本低。
3.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了低溫(室溫)沉積，并且膜層致密、晶粒細(xì)小，可達(dá)到納米量級(jí)。
4.無(wú)污染。由于本發(fā)明不采用毒性、腐蝕性和危險(xiǎn)性的氣體，所以不存在環(huán)境污染。
5.用途廣泛。本發(fā)明制備的MgO功能薄膜可作為交流等離子顯示器中絕緣層的保護(hù)膜，也可作為高溫超導(dǎo)薄膜和鐵電薄膜的穩(wěn)定阻擋層，特別是作為一種集成電路用的功能薄膜，應(yīng)用范圍廣。


圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的MgO功能薄膜表面形貌場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1將GZD450型高真空鍍膜機(jī)的電子槍靶用S-槍磁控濺射靶替換，靶電源采用E2型S-槍電源替換，采用呈倒圓錐狀的純Mg作靶，以單晶Si(100)片為基體，HF酸清洗基體，裝爐后將真空室抽至8×10-3Pa，以Ar氣為保護(hù)氣體，O2氣為反應(yīng)氣體，在室溫下通入Ar氣與O2，使Ar氣的導(dǎo)氣管口靠近Mg靶，O2的導(dǎo)氣管口靠近基體，O2氣與Ar氣的流量比為1∶1，工作參數(shù)工作壓強(qiáng)為4Pa，濺射電流為1A，沉積20min，獲得厚度約為0.5μm、附著性好、致密均勻的MgO功能薄膜，其晶粒達(dá)到納米量級(jí)，從圖1所示MgO功能薄膜表面形貌場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片可見，本發(fā)明的MgO功能薄膜顆粒均小于100mm。
本發(fā)明的原理是在陰極靶表面上方形成一個(gè)正交電磁場(chǎng)，電子被約束在該區(qū)域內(nèi)作擺線運(yùn)動(dòng)，靶面上方形成一個(gè)等離子體發(fā)光環(huán)，等離體中的離子會(huì)轟擊靶面，產(chǎn)生濺射，并得利用純Mg靶的靶面形狀與磁力線分布形狀保持相似，呈倒圓錐形，利用不等厚的靶材來彌補(bǔ)不均勻的刻蝕，因此其靶材利用率高達(dá)50％。
實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于以經(jīng)HF酸清洗的玻璃載物片為基體，裝爐后將真空室抽至6×10-3Pa，以Ar氣為保護(hù)氣體，O2氣為反應(yīng)氣體，將基體加熱至150℃，通入Ar氣與O2，使Ar氣的導(dǎo)氣管口靠近Mg靶，O2的導(dǎo)氣管口靠近基體，O2氣與Ar氣的流量比為2∶1工作參數(shù)工作壓強(qiáng)為8Pa，濺射電流為4A，沉積20min，獲得厚度約為1.2μm、附著性好、致密均勻的MgO功能薄膜，其晶粒達(dá)到納米量級(jí)。設(shè)備同上。
實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處在于以經(jīng)HF酸清洗的單晶硅片為基體，裝爐后將真空室抽至6×10-3Pa，以Ar氣為保護(hù)氣體，O2氣為反應(yīng)氣體，將基體加熱至200℃，通入Ar氣與O2，使Ar氣的導(dǎo)氣管口靠近Mg靶，O2的導(dǎo)氣管口靠近基體，工作參數(shù)工作壓強(qiáng)為6Pa，濺射電流為2A，沉積20min，獲得厚度約為0.7μm、附著性好、致密均勻的MgO功能薄膜，其晶粒達(dá)到納米量級(jí)。設(shè)備同上。
權(quán)利要求
1.一種MgO功能薄膜制備方法，采用S-槍磁控濺射法，其特征在于采用呈倒圓錐狀的純Mg作靶，HF酸清洗基體，裝爐后將真空室抽至6～8×10-3Pa，以Ar氣為保護(hù)氣體，O2氣為反應(yīng)氣體，通入Ar氣與O2，使Ar氣的導(dǎo)氣管口靠近Mg靶，O2的導(dǎo)氣管口靠近基體，工作參數(shù)工作壓強(qiáng)為4～8Pa，濺射電流為1～4A，獲得厚度約為0.5～1μm、致密均勻的MgO功能薄膜。
2.按照權(quán)利要求1所述MgO功能薄膜制備方法，其特征在于真空室抽真空后，將基體加熱至100～200℃后再通入O2和Ar氣。
3.按照權(quán)利要求1或2所述MgO功能薄膜制備工藝，其特征在于所述基體為玻璃載物片或硅片。
4.按照權(quán)利要求1或2所述MgO功能薄膜制備工藝，其特征在于所述O2氣與Ar氣的流量比為1～3∶1。
全文摘要
本發(fā)明公開一種MgO功能薄膜制備方法，采用S－槍磁控濺射法，具體為采用呈倒圓錐狀的純Mg作靶，HF酸清洗基體，裝爐后將真空室抽至6～8×10
文檔編號(hào)C23C14/34GK1420201SQ01133478
公開日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者聞立時(shí), 盧春燕, 孫超, 肖金泉, 宮俊, 王冰, 王鐵鋼, 杜昊, 黃榮芳, 劉艷梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所