本發(fā)明屬于薄膜材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其屬于Bi2Se3薄膜的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
Bi2Se3屬于輝碲鉍礦化合物，以其優(yōu)良的熱電性能和遠(yuǎn)紅外性能受人矚目，已作為熱電材料廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制冷工業(yè)。最近，人們又發(fā)現(xiàn)單晶Bi2Se3是一種拓?fù)浣^緣體材料，從而可能在量子計(jì)算機(jī)和自旋電子學(xué)器件領(lǐng)域大顯身手實(shí)現(xiàn)近乎無能量耗散傳輸信號(hào)。近年來，隨著器件性能要求的不斷提高，器件設(shè)計(jì)正向尺寸微型化、結(jié)構(gòu)新穎化、空間低維化、能量量子化方向發(fā)展。因此材料的小型化及低維化是一種趨勢。此外，現(xiàn)在的半導(dǎo)體工業(yè)主要是基于薄膜工藝，生長在硅基底上的Bi2Se3薄膜更容易與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體技術(shù)工藝結(jié)合起來，加工成器件，投入實(shí)際應(yīng)用。近年來，常用的制備Bi2Se3薄膜的方法是分子束外延生長技術(shù)(MBE)，即在超高真空條件下，由裝有Bi和Se組分的爐子加熱而產(chǎn)生的蒸氣，經(jīng)小孔準(zhǔn)直后形成的分子束，直接噴射到適當(dāng)溫度的單晶基片上；同時(shí)控制分子束對(duì)襯底掃描，使分子或原子按晶體排列，一層層地“長”在基片上形成薄膜。它可以得到厚度極小且均勻的大面積薄膜。但其制備時(shí)的真空條件要求極高(要到達(dá)10-8Pa)，外延生長速率極慢(約1um/小時(shí))，制備cm2級(jí)別面積的薄膜需要幾十天；使其制備設(shè)備昂貴、能量消耗大，成本極高。因此，開發(fā)低成本的制備性能優(yōu)良的Bi2Se3薄膜材料的方法，具有重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種濺射法制備Bi2Se3薄膜的方法。該方法能夠在硅基底上外延生長出良好的Bi2Se3薄膜，且其制作成本低，操作簡單。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種濺射法制備Bi2Se3薄膜的方法，其步驟是：a、清洗基片：將硅基片依次在丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行10-20分鐘的超聲清洗；b、濺射準(zhǔn)備：將硅基片用熱氮?dú)飧稍锖蠓旁诖趴貫R射設(shè)備的襯底上，在磁控濺射設(shè)備的濺射靶上安裝純度為99.99％的Bi2Se3靶材，調(diào)整濺射靶到硅基片的距離為5-7厘米；c、濺射Bi2Se3薄膜：將濺射室抽真空至氣壓小于2×10-4Pa，再通入純度為99.995％的氬氣，使濺射室氣壓為0.4-0.6Pa，調(diào)整襯底溫度為360℃，進(jìn)行濺射功率為4-6W/cm2、時(shí)間為60-600秒的濺射沉積；d、后退火處理：將c步所得的沉積有Bi2Se3薄膜的硅基片和0.1-0.5g的硒粒一起封入氣壓小于1×10-2Pa的真空石英管中，置于管式爐中進(jìn)行氬氣保護(hù)氣氛下的后退火處理，后退火處理時(shí)的參數(shù)為：以2℃/min升至250℃-300℃，再保溫2-3小時(shí)；然后爐冷，即得。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過特定條件下的磁控濺射使Bi2Se3蒸發(fā)成分子束迅速沉積在硅基片上；再經(jīng)過2-3小時(shí)的250-300℃的退火處理，使沉積的Bi2Se3形成六方晶核；退火時(shí)的硒氣氛條件可以減少Bi2Se3薄膜的Se空位密度，降低電子摻雜的濃度；從而制備出形貌清晰，厚度均勻的Bi2Se3薄膜。本發(fā)明最高的真空要求僅為10-4Pa數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)低于分子束外延生長的10-8Pa；濺射沉積時(shí)間僅需1-10分鐘，整個(gè)制備過程也只有數(shù)小時(shí)。所需的設(shè)備為常用的磁控濺射設(shè)備和管式爐。其制備效率高，制備成本低，可重復(fù)性好，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。附圖說明圖1是實(shí)施例一的Bi2Se3薄膜的X射線衍射圖譜。圖2是實(shí)施例一的Bi2Se3薄膜的50000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖3是實(shí)施例二的Bi2Se3薄膜的X射線衍射圖譜。圖4是實(shí)施例二的Bi2Se3薄膜的50000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖5是實(shí)施例三的Bi2Se3薄膜的X射線衍射圖譜。圖6是實(shí)施例三的Bi2Se3薄膜的50000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖1,3,5的縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度(Intensity)、任意單位(a.u.)；橫坐標(biāo)為衍射角2θ,單位為度(deg)。具體實(shí)施方式實(shí)施例一一種磁控濺射法制備Bi2Se3薄膜的方法，其步驟是：a、清洗基片：將硅基片依次在丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行10分鐘的超聲清洗；b、濺射準(zhǔn)備：將硅基片用熱氮?dú)飧稍锖蠓旁诖趴貫R射設(shè)備的襯底上，在磁控濺射設(shè)備的濺射靶上安裝純度為99.99％的Bi2Se3靶材，調(diào)整濺射靶到硅基片的距離為5厘米；c、濺射Bi2Se3薄膜：將濺射室抽真空至氣壓為1.9×10-4Pa，再通入純度為99.995％的氬氣，使濺射室氣壓為0.5Pa，調(diào)整襯底溫度為360℃，進(jìn)行濺射功率為6W/cm2、時(shí)間為60秒的濺射沉積；d、后退火處理：將c步所得的沉積有Bi2Se3薄膜的硅基片和0.2g的硒粒一起封入氣壓為0.9×10-2Pa的真空石英管中，置于管式爐中進(jìn)行氬氣保護(hù)氣氛下的后退火處理，后退火處理時(shí)的參數(shù)為：以2℃/min升至250℃，再保溫2小時(shí)。然后爐冷，即在基片上得到Bi2Se3薄膜。圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的Bi2Se3薄膜的X射線衍射圖譜。從圖中可以看出所有特征峰均為(00L)衍射峰，并且無其他雜峰，表明在Si(111)基底上生長的Bi2Se3具有很強(qiáng)的C軸取向性和周期性。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的Bi2Se3薄膜的50000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。由該圖可知：Bi2Se3樣品中晶粒的六方結(jié)構(gòu)清晰。由此可知，此實(shí)施例一制備出了織構(gòu)良好，具有典型六方晶體結(jié)構(gòu)的Bi2Se3薄膜。實(shí)施例二一種磁控濺射法制備Bi2Se3薄膜的方法，其步驟是：a、清洗基片：將硅基片依次在丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行15分鐘的超聲清洗；b、濺射準(zhǔn)備：將硅基片用熱氮?dú)飧稍锖蠓旁诖趴貫R射設(shè)備的襯底上，在磁控濺射設(shè)備的濺射靶上安裝純度為99.99％的Bi2Se3靶材，調(diào)整濺射靶到硅基片的距離為6厘米；c、濺射Bi2Se3薄膜：將濺射室抽真空至氣壓為1.8×10-4Pa，再通入純度為99.995％的氬氣，使濺射室氣壓為0.4Pa，調(diào)整襯底溫度為360℃，進(jìn)行濺射功率為4W/cm2、時(shí)間為300秒的濺射沉積；d、后退火處理：將c步所得的沉積有Bi2Se3薄膜的硅基片和0.1g的硒粒一起封入氣壓為0.8×10-2Pa的真空石英管中，置于管式爐中進(jìn)行氬氣保護(hù)氣氛下的后退火處理，后退火處理時(shí)的參數(shù)為：以2℃/min升至275℃，再保溫3小時(shí)。然后爐冷，即在基片上得到Bi2Se3薄膜。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的Bi2Se3薄膜的X射線衍射圖譜。從圖中可以看出所有特征峰均為(00L)衍射峰，并且無其他雜峰，表明在Si(111)基底上生長的Bi2Se3具有很強(qiáng)的C軸取向性和周期性。圖4是本發(fā)明實(shí)施例二的Bi2Se3薄膜的50000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。由該圖可知：Bi2Se3樣品中晶粒的六方結(jié)構(gòu)清晰。由此可知此實(shí)施例二制備出了織構(gòu)良好，具有典型的六方晶體結(jié)構(gòu)的Bi2Se3薄膜。實(shí)施例三一種磁控濺射法制備Bi2Se3薄膜的方法，其步驟是：a、清洗基片：將硅基片依次在丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行20分鐘的超聲清洗；b、濺射準(zhǔn)備：將硅基片用熱氮?dú)飧稍锖蠓旁诖趴貫R射設(shè)備的襯底上，在磁控濺射設(shè)備的濺射靶上安裝純度為99.99％的Bi2Se3靶材，調(diào)整濺射靶到硅基片的距離為7厘米；c、濺射Bi2Se3薄膜：將濺射室抽真空至氣壓為1.6×10-4Pa，再通入純度為99.995％的氬氣，使濺射室氣壓為0.6Pa，調(diào)整襯底溫度為360℃，進(jìn)行濺射功率為5W/cm2、時(shí)間為600秒的濺射沉積；d、后退火處理：將c步所得的沉積有Bi2Se3薄膜的硅基片和0.5g的硒粒一起封入氣壓為0.7×10-2Pa的真空石英管中，置于管式爐中進(jìn)行氬氣保護(hù)氣氛下的后退火處理，后退火處理時(shí)的參數(shù)為：以2℃/min升至300℃，再保溫2.3小時(shí)；然后爐冷，即得。圖5是本發(fā)明實(shí)施例三的Bi2Se3薄膜的X射線衍射圖譜。從圖中可以看出所有特征峰均為(00L)衍射峰，并且無其他雜峰，表明在Si(111)基底上生長的Bi2Se3具有很強(qiáng)的C軸取向性和周期性。圖6是本發(fā)明實(shí)施例三的Bi2Se3薄膜的50000倍掃描電子顯微鏡(SEM)照片。由該圖可知：Bi2Se3樣品中晶粒的六方結(jié)構(gòu)清晰。由此可知此實(shí)施例三制備出了織構(gòu)良好，具有典型的六方晶體結(jié)構(gòu)的Bi2Se3薄膜。