一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，目的在于，使制備方法操作簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)且安全無(wú)毒、無(wú)污染、利于量產(chǎn)和與現(xiàn)有IC工藝兼容；方法制備的Fe薄膜具有很好的三維保形性，薄膜厚度在單原子層量級(jí)的精確可控，所采用的技術(shù)方案為：1)將平面或三維結(jié)構(gòu)的Si基片或Pt/Si基片送入原子層沉積設(shè)備的真空反應(yīng)腔體中備用；2)以二茂鐵為鐵源，以氧氣作為氧源，在惰性氣體氛圍中，進(jìn)行原子層沉積循環(huán)，直至在Si或Pt/Si基片的表面上均勻沉積均勻保形的Fe3O4薄膜；3)沉積完Fe3O4薄膜后，往真空反應(yīng)腔體里面充入惰性氣體，并讓Si基片或Pt/Si基片自然冷卻至室溫后取出；4)將表面沉積有Fe3O4薄膜的Si基片或Pt/Si基片放入管式爐中，并在還原性氣氛下進(jìn)行退火處理，即得到均勻保形的金屬Fe薄膜。
【專利說(shuō)明】
一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于原子層沉積法制備薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用原子層沉積(ALD)制備高質(zhì)量金屬Fe薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自旋電子學(xué)和微電子學(xué)推動(dòng)著超薄和三維保形高質(zhì)量金屬薄膜的需求，使得超薄和三維保形金屬薄膜的可控生長(zhǎng)成為急需解決的關(guān)鍵性技術(shù)難題，如高密度信息存儲(chǔ)、傳感器和自旋電子學(xué)等等。然而，迄今為止，制備Fe薄膜的方法主要有以下幾種:(I)利用電子束蒸發(fā)在惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行蒸鍍，此方法工藝比較簡(jiǎn)單，但是薄膜厚度和均勻性很難控制，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維均勻保形覆蓋。(2)利用磁控濺射法在惰性保護(hù)氣氛下濺射金屬靶制備金屬Fe薄膜，此方法具有較好的成膜質(zhì)量和平面均勻性，然而在薄膜厚度精確控制方面依然很難實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)的精確可控，尤其是在具有三維結(jié)構(gòu)的襯底上無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻保形覆蓋。(3)利用CVD法在還原性氣氛下高溫沉積Fe薄膜，此方法具有一定的三維保形性和能夠沉積大面積的Fe薄膜，但是此方法在膜厚精確控制和在具有較大三維結(jié)構(gòu)的襯底上仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻保形覆蓋。綜上所述，現(xiàn)有制備金屬Fe薄膜的方法均有膜厚無(wú)法精確控制和無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維保形覆蓋的瓶頸性難題。然而當(dāng)今微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，22nm及以下線寬的微電子電路已經(jīng)采用Fin-FET或Tr1-Get這樣的三維結(jié)構(gòu)。這標(biāo)志著微電子電路從平面性結(jié)構(gòu)過(guò)渡到三維結(jié)構(gòu)已是大勢(shì)所趨，如何解決從平面過(guò)渡到三維結(jié)構(gòu)后傳統(tǒng)PVD和CVD技術(shù)面臨的技術(shù)瓶頸難題(三維保形均勻性)是關(guān)鍵性難題。
[0003]原子層沉積(Atomic Layer Deposit1n，ALD)薄膜沉積技術(shù)為一種自我限制的表面生長(zhǎng)方式，所以ALD可以實(shí)現(xiàn)薄膜厚度在單原子層量級(jí)的精確可控和在三維納米結(jié)構(gòu)上100%均勻保形的薄膜覆蓋。事實(shí)上在微電子領(lǐng)域ALD已經(jīng)作為一種制備動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAMs)溝槽電容器的高質(zhì)量電介質(zhì)層和CMOS晶體管的高介電常數(shù)的柵極氧化物層制備的關(guān)鍵技術(shù)。ALD是一種能夠?qū)崿F(xiàn)原子層逐層生長(zhǎng)的自我限制的薄膜沉積技術(shù)，其特點(diǎn)在于可在任何形狀的基片上都能夠?qū)崿F(xiàn)100%均勻保形的薄膜生長(zhǎng)，這剛好滿足制備新一代三維微電子器件的需求。然而用ALD制備金屬Fe薄膜仍然是件很有挑戰(zhàn)性的工作，因?yàn)镕e是一種較為活波的金屬，很容易被氧化成各種價(jià)態(tài)的Fe氧化物薄膜。所以迄今為止未見(jiàn)利用ALD制備金屬Fe薄膜的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，方法操作簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)且安全無(wú)毒、無(wú)污染、利于量產(chǎn)和與現(xiàn)有IC工藝兼容;方法制備的Fe薄膜具有很好的三維保形性，薄膜厚度在單原子層量級(jí)的精確可控。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為，包括以下步驟:
[0006]I)將潔凈的平面或三維結(jié)構(gòu)的Si基片或Pt/Si基片送入原子層沉積設(shè)備的真空反應(yīng)腔體中備用；
[0007]2)以二茂鐵為鐵源，以氧氣作為氧源，將二茂鐵蒸汽和氧氣通入原子層沉積設(shè)備的載氣系統(tǒng)，然后由載氣系統(tǒng)送入真空反應(yīng)腔體中，在惰性氣體氛圍中，進(jìn)行原子層沉積循環(huán)，直至在Si或Pt/Si基片的表面上均勻沉積均勻保形的Fe3O4薄膜；
[0008]3)沉積完Fe3O4薄膜后，往真空反應(yīng)腔體里面充入惰性氣體，并讓Si基片或Pt/Si基片自然冷卻至室溫后取出；
[0009]4)將表面沉積有Fe3O4薄膜的Si基片或Pt/Si基片放入管式爐中，并在還原性氣氛下進(jìn)行退火處理，即得到均勻保形的金屬Fe薄膜。
[0010]所述步驟I)中Si基片或Pt/Si基片在真空反應(yīng)腔體中在惰性氣體氣氛下加熱至350 ?450°C。
[0011]所述步驟I)中Si基片或Pt/Si基片首先用濃硫酸和雙氧水的混合液浸泡10?15分鐘;然后用去離子水反復(fù)超聲清洗3?5次，每次各5?10分鐘；最后清洗完成后將Si基片或Pt/Si基片取出用干燥的氮?dú)獯蹈伞?br>[0012]所述濃硫酸和雙氧水的混合液采用98 %濃硫酸和30 %雙氧水按照濃度比為(1:4)?(1:10)制得。
[0013]步驟2)中Fe304薄膜通過(guò)原子層沉積原位制備。
[0014]所述步驟2)中原子層沉積循環(huán)包括以下步驟:首先進(jìn)行I?4s氧氣源脈沖;然后用氮?dú)馇逑?_16s ；其次進(jìn)行0.1?0.4s二茂鐵源脈沖;最后用氮?dú)馇逑??16s。
[0015]所述步驟2)中二茂鐵蒸汽是將二茂鐵在原子層沉積設(shè)備的固態(tài)源加熱裝置中加熱至140?160°C后得到。
[0016]所述步驟2)中通過(guò)響應(yīng)速度為毫秒級(jí)的ALD脈沖閥來(lái)控制二茂鐵蒸汽和氧氣進(jìn)入真空反應(yīng)腔體的量。
[0017]所述步驟4)中還原性氣氛為出和他按照體積比為(1:9)?(1:15)的混合氣體。
[0018]所述步驟4)中退火處理的退火溫度為500?700°C，退火時(shí)間為I?3小時(shí)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明選用價(jià)格低廉的二茂鐵和氧氣作為鐵和氧的前驅(qū)體源，通過(guò)原子層沉積(ALD)設(shè)備使二茂鐵與氧氣發(fā)生反應(yīng)，在平面或三維結(jié)構(gòu)的Si基片或Pt/Si基片表面同時(shí)沉積均勻的Fe3O4薄膜，所沉積的薄膜厚度和成分都非常均勻，表面光滑，退火后可以獲得大面積均勻的Fe薄膜。所制備的Fe薄膜厚度和成分高度均勻。本發(fā)明方法可以制備三維均勻保形的Fe薄膜，F(xiàn)e薄膜的厚度可以簡(jiǎn)單地通過(guò)ALD循環(huán)數(shù)精確控制在單原子層量級(jí)。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，原料無(wú)毒無(wú)污染，可實(shí)現(xiàn)大面積和批量生產(chǎn)。經(jīng)本發(fā)明方法制得的Fe薄膜通過(guò)X射線衍射儀(XRD)，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FSEM)，電子順磁共振波譜儀(ESR)進(jìn)行測(cè)試和分析，確定具有以下性質(zhì):l、Fe薄膜具有非常好的三維均勻保形性;2、Fe薄膜具有為立方結(jié)構(gòu);3、Fe薄膜表面形貌均勻，薄膜厚度均勻且亞納米級(jí)精確可控;4、Fe薄膜具有較強(qiáng)的面內(nèi)和面外磁各向異性。
[0020]進(jìn)一步地，每個(gè)原子層沉積循環(huán)包括以下四步:0.1?0.4秒的二茂鐵源脈沖，氮?dú)馇逑??16秒將沒(méi)有反應(yīng)的二茂鐵排走，I?4秒氧氣脈沖，然后再用氮?dú)馇逑??16秒，重復(fù)以上過(guò)程數(shù)次直到所生長(zhǎng)的薄膜厚度達(dá)到自己的要求，薄膜的厚度也可通過(guò)設(shè)定ALD循環(huán)數(shù)來(lái)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)精確可控。
[0021 ]進(jìn)一步地，將ALD原位生長(zhǎng)的Fe3O4薄膜在還原性氣氛下后續(xù)退火處理，能夠進(jìn)一步的提高獲得的金屬Fe薄膜的質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Fe3O4薄膜的XRD圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1在Si基片上制備Fe薄膜的XRD圖；
[0024]圖3為按本發(fā)明實(shí)施例1在Si基片上面所制得Fe薄膜的SEM圖；
[0025]圖4為按本發(fā)明實(shí)施例1在Si基片上面所制得Fe薄膜的能譜圖(EDS);
[0026]圖5為按本發(fā)明實(shí)施例1所制備Fe薄膜的電子順磁共波譜圖；
[0027]圖6為按本發(fā)明實(shí)施例2在Pt/Si基片上所制得Fe薄膜的掃描電鏡形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
[0029]本發(fā)明包括以下步驟:
[0030]I)將平面或三維結(jié)構(gòu)的Si基片或Pt/Si基片先用98%濃硫酸和30%雙氧水的混合液浸泡10?15分鐘，混合液是濃硫酸和雙氧水按照濃度比為1:4?1:10制得，再用去離子水反復(fù)超聲清洗3?5次，每次各5?10分鐘，清洗完成后Si基片或Pt/Si基片取出用干燥的氮?dú)獯蹈?，然后將潔凈的Si基片或Pt/Si基片送入原子層沉積設(shè)備中，并在N2氣氛下加熱至350?450°C備用；
[0031]2)以二茂鐵為鐵源，將二茂鐵在原子層沉積系統(tǒng)的固態(tài)源加熱裝置中加熱至140?160°C后得到二茂鐵蒸汽，以氧氣作為氧源，將二茂鐵蒸汽和氧氣通入原子層沉積設(shè)備的載氣系統(tǒng)，然后由載氣系統(tǒng)送入真空反應(yīng)腔體中，通過(guò)響應(yīng)速度為毫秒級(jí)的ALD脈沖閥來(lái)控制二茂鐵蒸汽和氧氣進(jìn)入真空反應(yīng)腔體的量，在氮?dú)鈿夥罩虚_(kāi)啟原子層沉積循環(huán)，每個(gè)原子層沉積循環(huán)為:先進(jìn)行I?4s氧氣源脈沖，并用氮?dú)馇逑??16s;然后進(jìn)行0.1?0.4s二茂鐵源脈沖，最后用氮?dú)馇逑??16s，直至在平面和三維結(jié)構(gòu)的Si基片表面均勻沉積上均勻保形的Fe3O4薄膜；
[0032]3)Fe304薄膜沉積完成后，往反應(yīng)腔體里面充入一定量的他并讓樣品自然冷卻到室溫后將樣品從腔體取出；
[0033]4)將表面沉積有Fe3O4薄膜的平面或三維結(jié)構(gòu)的Si基片或Pt/Si基片放入管式氣氛爐中，并在犯和出的混合還原性氣氛下退火處理，還原性氣氛為出和犯按照體積比為1:9?1:15的混合氣體，退火溫度為500?700 °C，退火時(shí)間為I?3小時(shí)，最后得到均勻保形的高質(zhì)量金屬Fe薄膜。
[0034]實(shí)施例1
[0035]本發(fā)明包括以下步驟:
[0036]a、Si基片準(zhǔn)備:
[0037]將實(shí)驗(yàn)所需Si基片依次做以下清洗:先用98%濃硫酸和30%雙氧水的混合液浸泡10?15分鐘，混合液是濃硫酸和雙氧水按照濃度比為1:4?1:10制得，再用去離子水反復(fù)超聲清洗3?5次，每次各5?10分鐘，清洗完成后Si基片或Pt/Si基片取出用干燥的氮?dú)獯蹈?，即可送入真空反?yīng)腔體使用；
[0038]b、將二茂鐵源裝入ALD設(shè)備的固態(tài)源加熱源瓶?jī)?nèi)，對(duì)源瓶進(jìn)行預(yù)抽處理，以抽走裝源過(guò)程中在源管線中引入的空氣，設(shè)定源瓶加熱溫度對(duì)源進(jìn)行加熱，直到每次脈沖的蒸汽壓穩(wěn)定為止，由于二茂鐵室溫下為固態(tài)，飽和蒸汽壓較低，所以需要將其用儀器自帶的固態(tài)源加熱裝置將其加熱到140?160°C ；以保證二茂鐵有足夠的蒸汽壓脈沖進(jìn)入載氣系統(tǒng)，最后被載氣帶入反應(yīng)腔體；
[0039]c、將準(zhǔn)備好的Si基片通過(guò)真空機(jī)械手送入反應(yīng)腔體后開(kāi)始對(duì)基底進(jìn)行加熱，為了保證反應(yīng)腔體里面氣體為純凈的他氣，加熱前利用ALD設(shè)備的換氣功能對(duì)反應(yīng)腔體進(jìn)行3次換氣，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為系統(tǒng)自動(dòng)將每條源管線的犯載氣流量均設(shè)為2000sCCm，并同時(shí)關(guān)閉真空栗抽氣閥V6，直到反應(yīng)腔體的壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)大氣壓后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉載氣并打開(kāi)真空栗抽氣閥V6抽氣，將反應(yīng)腔體內(nèi)的氣體抽走，重復(fù)以上步驟3次，既可以保證反應(yīng)腔體里面是比較純的N2，此外在加熱過(guò)程中維持每條管源線50sccm的氮?dú)饬髁?，以保證反應(yīng)腔體壓強(qiáng)維持在800Pa左右，加熱過(guò)程中爐絲溫度設(shè)為500?600°C，基底溫度設(shè)為350?450 °C，基底溫度穩(wěn)定后，執(zhí)行設(shè)定好的ALD沉積程序，具體程序如下:
[0040]第一脈沖為氧氣脈沖，氧氣脈沖時(shí)間為I?4秒;氮?dú)馇逑疵}沖時(shí)間為6?16秒;二茂鐵脈沖時(shí)間為0.1?0.4秒；氮?dú)馇逑??16秒，二茂鐵和氧氣的載氣流量分別設(shè)為150sccm和200sccm，其他源管線的N2載氣流量均設(shè)為80sccm，生長(zhǎng)厚度為執(zhí)行400個(gè)上述ALD循環(huán)；
[0041 ] d、將ALD原位制得的Fe3O4薄膜在H2和N2的混合氣氛下500?700°C退火處理2小時(shí)，HdPN2的體積比為1:9?1:15，進(jìn)而獲得純相的Fe薄膜。
[0042]參見(jiàn)圖1的XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)氧氣脈沖時(shí)間為I秒時(shí)，所沉積的薄膜為純相反尖晶石型Fe3O4薄膜，納米管的晶粒尺寸小于1nm;參見(jiàn)圖2的XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明還原性氣氛下600°C退火處理2小時(shí)后成功得到了純相的Fe薄膜，參見(jiàn)圖3的XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)此方法得到Fe薄膜，表面形貌均一，晶粒大小均勻。這說(shuō)明反應(yīng)是以ALD特有的自我限制性(self-1imit)和保形性(conformal)生長(zhǎng)。圖4的EDS實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次表明后續(xù)還原退火后得到的薄膜的確為純相的Fe薄膜，而且成分很純，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的雜質(zhì)存在。圖5所示的600°C退火后所得Fe薄膜的室溫電子順磁共振曲線可以看出Fe薄膜面內(nèi)和面外具有明顯的各向異性，這表明此方法所獲得的Fe薄膜為連續(xù)薄膜行為。
[0043]實(shí)施例2
[0044]本發(fā)明包括以下步驟:
[0045]a、基底準(zhǔn)備:
[0046]基片為表面鍍有Pt的Si基片，S卩Pt/Si基片，首先將實(shí)驗(yàn)所需的Pt/Si基片依次做以下清洗:先用98%濃硫酸和30%雙氧水的混合液浸泡10?15分鐘，混合液是濃硫酸和雙氧水按照濃度比為1:4?1:10制得，再用去離子水反復(fù)超聲清洗3?5次，每次各5?10分鐘，清洗完成后Si基片或Pt/Si基片取出用干燥的氮?dú)獯蹈?，即可送入真空反?yīng)腔體使用；
[0047]b、將二茂鐵源裝入ALD設(shè)備的固態(tài)源加熱源瓶?jī)?nèi)，對(duì)源瓶進(jìn)行預(yù)抽處理，以抽走裝源過(guò)程中進(jìn)入源管線的空氣，設(shè)定源瓶加熱溫度對(duì)源進(jìn)行加熱，直到每次脈沖的蒸汽壓穩(wěn)定為止，由于二茂鐵室溫下為固態(tài)，飽和蒸汽壓較低，所以需要將其用ALD系統(tǒng)自帶的固態(tài)源加熱裝置將二茂鐵源熱到140?160°C ;以保證二茂鐵有足夠的蒸汽壓脈沖進(jìn)入載氣系統(tǒng)，最后被載氣帶入反應(yīng)腔體。
[0048]C、將準(zhǔn)備好的Pt/Si基片通過(guò)真空機(jī)械手加載進(jìn)入反應(yīng)腔體，后開(kāi)始對(duì)基底進(jìn)行加熱，為了保證反應(yīng)腔體里面氣體為純凈的犯氣，加熱前利用ALD設(shè)備的換氣功能對(duì)反應(yīng)腔體進(jìn)行3次換氣，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為系統(tǒng)自動(dòng)將每條源管線的他載氣流量均設(shè)為2000sCCm，并同時(shí)關(guān)閉真空栗抽氣閥V6，直到反應(yīng)腔體的壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)大氣壓后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉載氣并打開(kāi)V6閥抽氣，將反應(yīng)腔體內(nèi)的氣體抽走，重復(fù)以上步驟3次，既可以保證反應(yīng)腔體里面是比較純的N2,此外在加熱過(guò)程中維持每條管源線50sCCm的氮?dú)饬髁浚员ＷC反應(yīng)腔體壓強(qiáng)維持在800Pa左右，加熱過(guò)程中爐絲溫度設(shè)為500?600°(:，基底溫度設(shè)為350?450°(:。等基底溫度穩(wěn)定后，我們就可以執(zhí)行設(shè)定好的ALD沉積程序，具體程序如下:
[0049]第一脈沖為氧氣脈沖，氧氣脈沖時(shí)間為I?4秒;氮?dú)馇逑疵}沖時(shí)間為6?16秒;二茂鐵脈沖時(shí)間為0.1?0.4秒;氮?dú)馇逑?16秒，二茂鐵和氧氣的載氣流量分別設(shè)為150SCCm和200SCCm，其他源管線的犯載氣流量均設(shè)為80SCCm;生長(zhǎng)總厚度為執(zhí)行400個(gè)上述ALD循環(huán)；
[0050]d、將ALD原位制得的Fe3O4薄膜在H2和N2的混合氣氛下500?700 °C退火處理2小時(shí)，HdPN2的體積比為1:9?1:15，進(jìn)而獲得純相的Fe薄膜。
[0051 ]參見(jiàn)圖6掃描電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)此方法在Pt/Si基片上得到Fe薄膜表面比在Si基片上的更光滑和致密，晶粒大小均勻。這說(shuō)明反應(yīng)是以ALD特有的自我限制性(self-limit)和保形性(conformal)生長(zhǎng)。
[0052]綜上所述，本發(fā)明方法以價(jià)格低廉的二茂鐵(二茂鐵價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)污染、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易操作)和氧氣分別作為鐵和氧前驅(qū)體源，使用原子層沉積ALD設(shè)備在Pt/Si基片上制備出了均勻和保形的Fe薄膜，本發(fā)明使用ALD技術(shù)在Pt基片上原位生長(zhǎng)出Fe3O4薄膜，而非通常的其他薄膜制備技術(shù)，薄膜的厚度可以簡(jiǎn)單地通過(guò)ALD循環(huán)數(shù)精確控制在單原子層量級(jí)。最后通過(guò)后續(xù)還原退火來(lái)獲得高質(zhì)量的Fe薄膜。
[0053]本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以在具有很大縱橫比和復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的基底上100%均勾保形地在Si或Pt/Si基片上生長(zhǎng)出高質(zhì)量的Fe薄膜，還可以通過(guò)控制ALD循環(huán)次數(shù)在亞納米量級(jí)精確控制Fe薄膜的厚度，制備過(guò)程簡(jiǎn)單易行，與現(xiàn)有半導(dǎo)體制備工藝兼容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將潔凈的平面或三維結(jié)構(gòu)的Si基片或Pt/Si基片送入原子層沉積設(shè)備的真空反應(yīng)腔體中備用； 2)以二茂鐵為鐵源，以氧氣作為氧源，將二茂鐵蒸汽和氧氣通入原子層沉積設(shè)備的載氣系統(tǒng)，然后由載氣系統(tǒng)送入真空反應(yīng)腔體中，在惰性氣體氛圍中，進(jìn)行原子層沉積循環(huán)，直至在Si或Pt/Si基片的表面上均勻沉積均勻保形的Fe3O4薄膜； 3)沉積完Fe3O4薄膜后，往真空反應(yīng)腔體里面充入惰性氣體，并讓Si基片或Pt/Si基片自然冷卻至室溫后取出； 4)將表面沉積有Fe3O4薄膜的Si基片或Pt/Si基片放入管式爐中，并在還原性氣氛下進(jìn)行退火處理，即得到均勻保形的金屬Fe薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，所述步驟I)中Si基片或Pt/Si基片在真空反應(yīng)腔體中在惰性氣體氣氛下加熱至350?450°C。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，所述步驟I)中Si基片或Pt/Si基片首先用濃硫酸和雙氧水的混合液浸泡10?15分鐘;然后用去離子水反復(fù)超聲清洗3?5次，每次各5?10分鐘；最后清洗完成后將Si基片或Pt/Si基片取出用干燥的氮?dú)獯蹈伞?.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，所述濃硫酸和雙氧水的混合液采用98%濃硫酸和30%雙氧水按照濃度比為(1:4)?(1: 10)制得。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，步驟2)中Fe3O4薄膜通過(guò)原子層沉積原位制備。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，所述步驟2)中原子層沉積循環(huán)包括以下步驟:首先進(jìn)行I?4s氧氣源脈沖;然后用氮?dú)馇逑?-16s;其次進(jìn)行0.1?0.4s二茂鐵源脈沖;最后用氮?dú)馇逑??16s。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，所述步驟2)中二茂鐵蒸汽是將二茂鐵在原子層沉積設(shè)備的固態(tài)源加熱裝置中加熱至140?160 °C后得到。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，所述步驟2)中通過(guò)響應(yīng)速度為毫秒級(jí)的ALD脈沖閥來(lái)控制二茂鐵蒸汽和氧氣進(jìn)入真空反應(yīng)腔體的量。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，所述步驟4)中還原性氣氛為H2和N2按照體積比為(1:9)?(1:15)的混合氣體。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種采用原子層沉積制備金屬Fe薄膜的方法，其特征在于，所述步驟4)中退火處理的退火溫度為500?700°C，退火時(shí)間為I?3小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C23C16/02GK106086815SQ201610639472
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月5日 公開(kāi)號(hào)201610639472.0, CN 106086815 A, CN 106086815A, CN 201610639472, CN-A-106086815, CN106086815 A, CN106086815A, CN201610639472, CN201610639472.0
【發(fā)明人】張易軍, 劉明, 任巍, 張樂(lè)
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)