[发明专利]图案化BiFeO3薄膜的光刻自组装制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁传感器以及电容-电感一体化器件用BiFeO₃薄膜，特别是一种图案化BiFeO₃薄膜的光刻自组装制备方法。

背景技术

近年来，一种新型的铁磁电材料BiFeO₃引起了人们极大的兴趣。BiFeO₃具有三方扭曲的钙钛矿结构，是少数室温下同时具有铁电性和磁性的单相铁磁电材料之一。它可由电场产生磁场，同时磁场也可以诱发电极化，此性质被称为磁电效应。这种磁和电的相互控制在信息存储、自旋电子器件方面，磁传感器以及电容-电感一体化器件等方面都有着极其重要的应用前景。室温下同时具有的两种结构有序，即铁电有序(T_C＝810℃)和G型反铁磁有序(T_N＝380℃)，使其成为磁电材料的重要候选材料之一。

表面图案化技术是指在至少一维方向上生成纳米级或者微米级的规则表面结构，它在超分子科学、材料学、微电子学及细胞生物学等方面均有重要的科学意义和应用价值。因此，微米和纳米尺度上结构和性质的微加工或图案化成为当代科学和技术的中心，在微电子领域，人们已经开始将图案化表面材料用作高密度磁性存储介质。而BiFeO₃材料作为重要的铁磁电材料，其图案化制备具有潜在的应用价值。光刻技术是一种被广泛应用的图案化技术，在现代制造业，尤其是大规模集成电路制造中发挥着不可替代的作用。

自组装单层膜(self-assembled monolayers)技术(简称SAMs技术)是仿生合成工艺的核心技术，它是通过表面活性剂的活性头基与基底之间产生化学吸附，在界面上自发形成有序的分子组装层。由于SAMs是有机分子在溶液中(或者有机分子蒸汽)自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上所形成的超薄有机膜，因此它具有原位自发形成、成键高度有序排列、缺陷少、结合力强、呈“结晶态”等特点。

目前用于制备BiFeO₃薄膜的方法有很多，如溶胶-凝胶(Sol-Gel)法、化学气相淀积(CVD)法、磁控溅射(rf magnetron sputtering)法、金属有机物淀积(MOD)法、金属有机物化学气相淀积(MOCVD)法、液相沉积法(LPD)、分子束外延(MBE)法以及脉冲激光沉积(PLD)法等。对于采用液相沉积法与光刻自组装技术相结合来制备BiFeO₃图案化薄膜的研究报导还未见到，因此很有研究的价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种图案化BiFeO₃薄膜的光刻自组装制备方法，该方法通过采用液相沉积法与光刻自组装技术相结合来制备BiFeO₃图案化薄膜，通过本方法可以制备出边缘轮廓清晰、与基底结合牢固的图案化BiFeO₃薄膜。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种图案化BiFeO₃薄膜的光刻自组装制备方法，该方法的具体制备步骤如下：

(1)选用普通载玻片为基底，将玻璃基片切割成20mm×10mm的长方形，分别超声波清洗，除去Si基片表面的油脂等杂质，每次超声波清洗后用大量蒸馏水冲洗基片，吹干；并将洁净的玻璃基片置于紫外光照射仪中照射10-20min；

(2)将经紫外光照射后的玻璃基片置于体积百分比浓度1％十八烷基三氯硅烷(OTS)-甲苯溶液中，在室温条件下浸泡20-40min，使基片表面形成一层OTS单分子膜；浸泡完成后用丙酮清洗2-3min，并用氮气吹干，之后在110-130℃烘3-5min；然后将OTS-SAMs基体在光掩膜的覆盖下，在紫外光下照射30-40min，得到图案化的功能自组装薄膜；

(3)配制BiFeO₃前驱体溶液，并将图案化的功能自组装薄膜的OTS-SAMs基体竖直置于配制好的前驱液中，在60-80℃下保温7-8h，沉积结束后用超声波震荡清洗，之后将薄膜在550-620℃退火2-3h，即得光刻自组装的图案化BiFeO₃薄膜。

所述步骤(1)中超声波清洗为分别依次采取用洗涤剂、丙酮和乙醇各清洗10min，每次清洗后用蒸馏水冲洗基片至洁净后用氮气吹干。

所述步骤(1)中紫外光照射仪采取取λ＝184.9nm。

所述步骤(2)中OTS-甲苯溶液按照下述方法配制：