[发明专利]一种“反钙钛矿”结构的三元锰氮化物Mn3CuN薄膜

说明书

(一)技术领域：

本发明提供一种“反钙钛矿”结构的三元锰氮化物Mn₃CuN薄膜，它涉及 利用直流磁控溅射方法沉积了Mn₃CuN薄膜，属于材料科学技术领域。

(二)背景技术：

“钙钛矿”结构的系列材料在过去的几十年里由于介电，压电、超导、巨磁 阻等丰富的物理性质以及重要的应用价值得到广泛而深入的研究。而近几年报 道的反钙钛矿结构的这类材料Mn₃XN(C){X为锌(Zn)、镓(Ga)、铜(Cu)、铝(Al)、 铟(In)或锡(Sn)等}也发现了类似的、丰富奇特的物理性质，其同样显示了有趣 的超导，巨磁阻，磁致伸缩，压磁效应，磁卡，磁容积效应，近零电阻系数等 性质。因此反钙钛矿型锰氮化合物同样有着巨大潜在的应用价值，引起了科学 界及工业界的广泛关注。

目前，此类材料的大部分研究是围绕块体的物理性质进行的，关于反钙钛 矿结构薄膜的研究，目前只有二元化合物如：氮化锰(Mn₄N)、氮化铁(Fe₄N)和 氮化钴(Co₄N)，而对于三元氮化物薄膜尚未见报道。反钙钛矿锰氮化合物很难 通过软化学方法合成，尽管也有少量报道，但步骤繁琐，不利于工业化生产， 而利用软化学方法制备此类材料的薄膜更加困难。因此非常有必要开展锰氮化 合物薄膜的研究，本发明通过直流磁控溅射成功制备出Mn₃CuN薄膜。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种“反钙钛矿”结构的三元锰氮化物薄膜，它是 通过直流磁控溅射的手段和途径来制备Mn₃CuN薄膜。

本发明一种“反钙钛矿”结构的三元锰氮化物Mn₃CuN薄膜，它是由Mn， Cu，N三种元素组成，其原子配比为3∶1∶1，晶体结构为反钙钛矿立方结构。

本发明一种“反钙钛矿”结构的三元锰氮化物Mn₃CuN薄膜的制备方法， 是利用直流磁控溅射法沉积Mn₃CuN薄膜，靶材采用纯度为99.9％的锰靶，然 后将纯度为99.9％大小相同的铜片均匀地分布在锰靶表面，通过改变铜片数量 来调节薄膜中锰和铜的含量，使其配比为3∶1，该方法的具体步骤如下：

步骤1：基片的准备

将石英玻璃基片先在丙酮中超声清洗至少30分钟，然后在去离子水中超声 清洗至少30分钟，最后用无水乙醇超声清洗至少30分钟，得到备用的经过清 洗的石英玻璃基片，把该基片装在沉积设备即磁控溅射装置的样品托上；

步骤2：抽真空

打开磁控溅射装置的溅射成膜腔，把装有基片的样品托装在可旋转的样品 架上，关闭溅射成膜腔，抽真空到1×10^-4Pa；

步骤3：沉积薄膜

通过质量流量计在磁控溅射装置的真空镀膜室中通入氩气(Ar)和氮气 (N₂)，设定各项参数后，预溅射20～50分钟，然后开始在石英玻璃基片上沉 积Mn₃CuN薄膜；所述设定各项参数具体如下：

溅射类型：直流溅射

靶-基距：4～8cm

气体流量：Ar∶N₂为50∶1～50∶25

沉积气压：0.1～1Pa

溅射功率：10～100W

步骤4：停机，半小时后取出样品。

其中，预溅射的目的是清除靶表面的杂质。

采用最佳工艺参数所获得的沉积薄膜的X射线衍射图谱，SEM形貌图， EDS谱和XPS全谱图，分别见图1，图2，图3和图4。

本发明具有如下优点：

首次沉积出“反钙钛矿”结构的三元锰氮化物Mn₃CuN薄膜，其在晶体学 (200)方向上择优生长。该薄膜的制备不需要制作多块锰铜合金靶来调节薄膜 中的锰铜含量，简单、方便、并节约了成本。

(四)附图说明：

图1本发明Mn₃CuN薄膜的X射线衍射图谱；

图2本发明Mn₃CuN薄膜的SEM形貌图；

图3本发明Mn₃CuN薄膜的EDS谱；