[发明专利]一种单晶高K栅介质材料及其制备方法

权利要求书

1.一种单晶高K栅介质材料，其特征在于：由单晶P型Si片和使用脉冲激光烧蚀法在该单晶P型Si片上外延生长的立方相氧化铪单晶薄膜构成。

2.根据权利要求1所述的单晶高K栅介质材料，其特征在于：所述单晶P型Si片的电阻系数为2-5Ω·cm；所述单晶薄膜的厚度为2～10nm。

3.一种单晶高K栅介质材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将单晶P型Si基片和氧化铪陶瓷靶材分别放入脉冲激光烧蚀设备中，单晶P型Si基片与氧化铪陶瓷靶材之间的距离为15-50mm；(2)抽至高真空10^-7Pa，升温至820℃，调整激光烧蚀的能量密度为3.5～4.5J/cm²、脉冲次数为100～500次、脉冲频率0.5～2.5Hz，对氧化铪陶瓷靶材进行脉冲激光烧蚀，在单晶P型Si基片上沉积形成厚度为2～10nm的立方相氧化铪薄膜；(3)将单晶P型Si基片及其上形成的立方相氧化铪薄膜在900℃下，于压力为一个大气压的高纯N₂中退火3-8min得到性能提高了的单晶高K栅介质材料。

4.根据权利要求3所述的单晶高K栅介质材料的制备方法，其特征在于：所述的单晶P型Si片的电阻系数为2-5Ω·cm。

5.根据权利要求3所述的单晶高K栅介质材料的制备方法，其特征在于：在进行脉冲激光烧蚀之前先对所述氧化铪陶瓷靶材进行预溅射，预溅射的时间为2～5min。

6.根据权利要求3所述的单晶高K栅介质材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中对氧化铪陶瓷靶材进行脉冲激光烧蚀的时间为1-5min。

7.根据权利要求3所述的单晶高K栅介质材料的制备方法，其特征在于：所述单晶P型Si基片在使用之前，采用RCA标准清洗工艺清洗干净，然后用浓度为5％的HF酸溶液浸泡30s以去除表面氧化层。

8.根据权利要求3所述的单晶高K栅介质材料的制备方法，其特征在于：所述单晶P型Si基片与氧化铪陶瓷靶材之间的距离为30-40mm。

9.根据权利要求3所述的单晶高K栅介质材料的制备方法，其特征在于：所述的退火时间为4-6min。

10.根据权利要求3所述的单晶高K栅介质材料的制备方法，其特征在于：所述氧化铪陶瓷靶材通过如下方法制得：

选择纯度为99.99％的氧化铪粉末，在10-35MPa压力，压制5-15min，将粉末制成直径为40mm、厚度为7mm的薄片；然后进行冷等静压工艺，压强为100MPa；将干燥的氧化铪粉末铺在纯度为99.5％的Al₂O₃坩埚底部，将压制好的薄片放入其中，再用干燥的氧化钆粉末或氧化铪粉末覆盖薄片，盖上陶瓷坩埚盖，随后将坩埚放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率从室温升至1300-1400℃，烧结5-7h，再以10-20℃/min的降温速率降至室温，即得氧化铪陶瓷靶材。