一種銅酸釓薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種銅酸釓薄膜的制備技術(shù)，特別是使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備
[001]取向的銅酸釓薄膜，屬于功能薄膜材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]Ce 和 Th 摻雜的鑭系銅氧化物 RE2_xMxCu04 (RE = Pr, Nd, Sm and Eu ；M = Ce and Th)具有超導(dǎo)性質(zhì)。研宄表明，其超導(dǎo)電流載流子為電子，不同于載流子為空穴的YBa2Cu307_df統(tǒng)超導(dǎo)體。其晶體結(jié)構(gòu)為具有Cu-O平面四方結(jié)構(gòu)的Nd2CuO4CT)結(jié)構(gòu)，不同于具有Cu-O金字塔結(jié)構(gòu)的YBa2Cu307_s傳統(tǒng)超導(dǎo)體。因其特殊的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，RE2_xMxCu04引起了廣泛的研宄。
[0003]Gd2CuOA RE 2_具&104具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，并且具有更加特殊的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景。其一，具有T’結(jié)構(gòu)的Gd2CuO4具有復(fù)雜而多樣的磁性質(zhì)；其二，(001)取向的Gd2CuCV薄膜具有超導(dǎo)電性，其臨界轉(zhuǎn)變溫度為19K ;其三，由于Gd 2&104具有光電、磁光、超導(dǎo)及催化等特性，在微電子、光電子器件，超導(dǎo)器件，催化劑，傳感器等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。如摻雜Ce的用作汽車尾氣凈化用的三效催化劑；摻雜Sr的Gd2_xSrxCu04可用作NO直接分解的催化劑；Gd {叫材料可用作NO、CO和NO 2等氣體的傳感器；Gd2CuCV薄膜作為底電極材料可以改善鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)并提高鐵電器件的工作性能。
[0004]目前，國內(nèi)外對于Gd2CuO4塊體材料的制備已有了許多研宄，但對于Gd2CuO4薄膜的研宄較少，且制備方法多為物理氣相沉積法。
[0005]在目前制備Gd2CuCV薄膜的常用方法中，PLD和多源共蒸發(fā)法沉積速率低，且隨著薄膜厚度的增加，結(jié)晶質(zhì)量也會產(chǎn)生較大的下降。MOD法制備薄膜所需要的前驅(qū)體制備及組成控制比較困難，并且在制備厚膜時需要多次重復(fù)涂抹沉積，生產(chǎn)效率低。
[0006]化學(xué)氣相沉積法作為一種制備薄膜材料的重要方法，在制備Gd2CuO4薄膜方面還未見報道?；瘜W(xué)氣相沉積法具有沉積速率高、真空度要求低、組織結(jié)構(gòu)和厚度可控的特點。因此，采用化學(xué)氣相沉積法制備Gd2CuCV薄膜與控制材料結(jié)構(gòu)對于其磁性、超導(dǎo)電性的機(jī)理研宄以及工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種銅酸釓薄膜的制備方法，所制備的銅酸釓薄膜的面外取向為(001)完全取向。
[0008]為了解決其技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種銅酸釓薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)將鈦酸鍶基板放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔體內(nèi)的基板座上，并將腔體內(nèi)的壓強(qiáng)抽至30Pa以下；
[0010](2)稱取釓源和銅源固體原料，將兩種原料分別置于相應(yīng)的原料罐中；所述的釓源和銅源分別為三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)釓和雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)銅；
[0011](3)將基板座的溫度升至1040?1120°C，將釓源和銅源的原料罐溫度分別升至200 ?230 °C 和 180 ?200 °C ；
[0012](4)將含有釓源和銅源的載流氣以及氧化氣通入反應(yīng)腔體內(nèi)，調(diào)節(jié)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)至300?500Pa，反應(yīng)時間為7?1min ；
[0013](5)停止通入氣體，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，冷卻至室溫，即得到沉積在鈦酸鍶基板上的銅酸釓薄膜。
[0014]按上述方案，所述的鈦酸鍶基板經(jīng)過預(yù)處理使其表面潔凈。
[0015]按上述方案，所述的預(yù)處理方法是:將基板置于乙醇中超聲處理，然后吹干，超聲處理時間為20?30min。
[0016]按上述方案，所述的載流氣為氬氣，氧化氣為氧氣。
[0017]按上述方案，所述的氬氣流量為100?300sccm，氧氣流量為300?500sccm。
[0018]本發(fā)明所采用的化學(xué)氣相沉積技術(shù)的原理為:固態(tài)原料被蒸發(fā)后，通過載流氣運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)腔體內(nèi)，含有反應(yīng)原料的氣體吸附在基板表面，在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)薄膜。副產(chǎn)物脫離表面，并被抽氣系統(tǒng)抽走。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1.使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備薄膜，相比于MOD、PLD和多元共蒸發(fā)法，成膜速度快、反應(yīng)時間短、生產(chǎn)效率高且組織結(jié)構(gòu)可控。
[0021]2.(001)取向的Gd2CuCV薄膜相比于無取向的Gd2CuCV薄膜具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，有望在微電子、光電子器件，超導(dǎo)器件，催化劑，傳感器以及電極材料等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例所制備的銅酸釓薄膜的XRD圖譜，其中圖1(a)為本發(fā)明實施例I所制備的銅酸釓薄膜的XRD圖譜；圖1 (b)為本發(fā)明實施例2所制備的銅酸釓薄膜的XRD圖譜；圖1 (c)為本發(fā)明實施例3所制備的銅酸釓薄膜的XRD圖譜。
[0023]圖2為本發(fā)明實施例所制備的銅酸釓薄膜的表面SEM圖片和斷面SEM圖片；其中圖2(a)為本發(fā)明實施例1所制備的銅酸釓薄膜的表面SEM圖片；圖2(b)為本發(fā)明實施例2所制備的銅酸釓薄膜的表面SEM圖片；圖2 (c)為本發(fā)明實施例3所制備的銅酸釓薄膜的表面SEM圖片；圖2(d)為本發(fā)明實施例1所制備的銅酸釓薄膜的斷面SEM圖片；圖2(e)為本發(fā)明實施例2所制備的銅酸釓薄膜的斷面SEM圖片；圖2&)為本發(fā)明實施例3所制備的銅酸釓薄膜的斷面SEM圖片。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實施例。
[0025]下述實施例中鈦酸鍶基板經(jīng)過預(yù)處理使其表面潔凈，預(yù)處理方法為:將鈦酸鍶基板置于乙醇中超聲處理30min，然后吹干備用。
[0026]實施例1
[0027](I)將鈦酸鍶基板放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔體內(nèi)的基板座上，并將腔體內(nèi)的壓強(qiáng)抽至30Pa以下；
[0028](2)稱取一定量的三(2，2，6，6-四甲基_3，5_庚二酮酸)釓和雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)銅固體原料，將兩種原料分別置于相應(yīng)的原料罐中；
[0029](3)將基板座的溫度升至1120°C，將釓源和銅源的原料罐溫度分別升至220°C和192 0C ；
[0030](4)將含有釓源和銅源的氬氣和氧氣通入反應(yīng)腔體內(nèi)，調(diào)節(jié)氬氣流速為lOOsccm，氧氣流速為300sccm，調(diào)節(jié)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)至300Pa，反應(yīng)時間為1min ；
[0031](5)停止通入氣體，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，冷卻至室溫，即得到沉積在鈦酸鍶基板上的銅酸釓薄膜。
[0032]如圖1 (a)所示，實施例1所制備的銅酸釓薄膜的XRD衍射圖譜出現(xiàn)(002)，(004)，
(006)和(008)衍射峰，表明銅酸釓薄膜的面外取向為(001)完全取向。如圖2(a)、(d)所示，實施例1所得銅酸釓薄膜連續(xù)、致密，薄膜厚度約為0.555微米。晶粒呈針狀和島狀生長，晶粒排列整齊。
[0033]實施例2
[0034](I)將鈦酸鍶基板放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔體內(nèi)的基板座上，并將腔體內(nèi)的壓強(qiáng)抽至30Pa以下；
[0035](2)稱取一定量的三(2，2，6，6-四甲基_3，5_庚二酮酸)釓和雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)銅固體原料，將兩種原料分別置于相應(yīng)的原料罐中；
[0036](3)將基板座的溫度升至1080°C，將釓源和銅源的原料罐溫度分別升至220°C和192 0C ；
[0037](4)將含有釓源和銅源的氬氣和氧氣通入反應(yīng)腔體內(nèi)，調(diào)節(jié)氬氣流速為lOOsccm，氧氣流速為300sccm，調(diào)節(jié)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)至300Pa，反應(yīng)時間為1min ；
[0038](5)停止通入氣體，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，冷卻至室溫，即得到沉積在鈦酸鍶基板上的銅酸釓薄膜。
[0039]如圖1 (b)所示，實施例2所制備的銅酸釓薄膜的XRD衍射圖譜出現(xiàn)(002)，(004)，
(006)和(008)衍射峰，表明銅酸釓薄膜的面外取向為(001)完全取向。如圖2(b)、(e)所示，實施例2所得銅酸釓薄膜連續(xù)、致密，薄膜厚度約為0.369微米。晶粒主要呈島狀生長。
[0040]實施例3
[0041](I)將鈦酸鍶基板放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔體內(nèi)的基板座上，并將腔體內(nèi)的壓強(qiáng)抽至30Pa以下；
[0042](2)稱取三(2，2，6，6-四甲基_3，5_庚二酮酸)釓和雙(2，2，6，6_四甲基-3，5-庚二酮酸)銅固體原料，將兩種原料分別置于相應(yīng)的原料罐中；
[0043](3)將基板座的溫度升至1040°C，將釓源和銅源的原料罐溫度分別升至220°C和192 0C ；
[0044](4)將含有釓源和銅源的氬氣和氧氣通入反應(yīng)腔體內(nèi)，調(diào)節(jié)氬氣流速為lOOsccm，氧氣流速為300sccm，調(diào)節(jié)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)至300Pa，反應(yīng)時間為1min ；
[0045](5)停止通入氣體，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，自然冷卻至室溫，即得到沉積在鈦酸鍶基板上的銅酸禮薄膜。
[0046]如圖1(c)所示，實施例3所制備的銅酸釓薄膜的XRD衍射圖譜出現(xiàn)(002)和(004)衍射峰，表明銅酸釓薄膜的面外取向為(001)完全取向。如圖2(c)、(f)所示，實施例3所得銅酸釓薄膜連續(xù)、致密，薄膜厚度約為0.195微米。晶粒較小，薄膜表面較為平整。
[0047]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種修改和變化，凡在本發(fā)明的精神和原則內(nèi)所做的任何修改，等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種銅酸釓薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將鈦酸鍶基板放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔體內(nèi)的基板座上，并將腔體內(nèi)的壓強(qiáng)抽至30Pa以下； (2)稱取釓源和銅源固體原料，將兩種原料分別置于相應(yīng)的原料罐中；所述的釓源和銅源分別為三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)釓和雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸)銅； (3)將基板座的溫度升至1040?1120°C，將釓源和銅源的原料罐溫度分別升至200?230 °C 和 180 ?200 0C ； (4)將含有釓源和銅源的載流氣以及氧化氣通入反應(yīng)腔體內(nèi)，調(diào)節(jié)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)至300?500Pa，反應(yīng)時間為7?1min ； (5)停止通入氣體，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，冷卻至室溫，即得到沉積在鈦酸鍶基板上的銅酸釓薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅酸釓薄膜的制備方法，其特征在于所述的鈦酸鍶基板經(jīng)過預(yù)處理使其表面潔凈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種銅酸釓薄膜的制備方法，其特征在于所述的預(yù)處理方法是:將基板置于乙醇中超聲處理，然后吹干，超聲處理時間為20?30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅酸釓薄膜的制備方法，其特征在于所述的載流氣為氬氣，氧化氣為氧氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種銅酸釓薄膜的制備方法，其特征在于所述的氬氣流量為100 ?300sccm，氧氣流量為 300 ?500sccm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及銅酸釓薄膜的制備方法，包括以下步驟：(1)將鈦酸鍶基板放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔體內(nèi)的基板座上；(2)稱取釓源和銅源固體原料，將兩種原料分別置于相應(yīng)的原料罐中；(3)將基板座的溫度升至1040～1120℃，將原料罐溫度分別升至200～230℃和180～200℃；(4)將含有釓源和銅源的載流氣以及氧化氣通入反應(yīng)腔體內(nèi)反應(yīng)；(5)停止通入氣體，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，冷卻至室溫，即得到沉積在鈦酸鍶基板上的銅酸釓薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：成膜速度快、反應(yīng)時間短、生產(chǎn)效率高且組織結(jié)構(gòu)可控。(001)取向的Gd2CuO4薄膜相比于無取向的Gd2CuO4薄膜具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。
【IPC分類】C23C16-44, C23C16-30
【公開號】CN104726847
【申請?zhí)枴緾N201510143684
【發(fā)明人】涂溶, 可望, 章嵩, 汪婷, 張聯(lián)盟
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月30日