[发明专利]柔性衬底上室温反应溅射沉积氮化铝压电薄膜的方法

说明书

技术领域

 本发明属于电子材料技术领域，特别是涉及一种在柔性衬底上室温反应溅射沉积氮化铝压电薄膜的方法。

背景技术

越来越多的电子器件朝着柔性化、超薄化的方向发展，有机柔性衬底氮化铝压电薄膜不但具有与硬性材料衬底氮化铝薄膜同样的压电特性，而且由于其可卷曲、可挠曲、重量轻、不易破碎、易于大面积生产、便于运输等独特优点，可以广泛应用于柔性薄膜体声波谐振、柔性声表面波谐振器和柔性传感器等领域，因此国际上对有机柔性衬底沉积氮化铝压电薄膜的需求日益迫切。      

 传统制备氮化铝压电薄膜都是基于硬性衬底材料，如金刚石衬底（专利公开号CN 1257940A）、铝酸锂衬底（专利公开号CN 101235540A）、蓝宝石衬底（专利公开号 CN 101325240A）硅片及玻璃片衬底（专利公开号CN 101280412A）等。在这些公开专利中，所有的衬底均为硬性材料，质量大，不能弯曲，不能卷绕式（roll-to-roll）连续化生产，并且在制备氮化铝薄膜的工艺过程中都有一些共同的缺陷，就是衬底必须进行250°C以上温度的加热，其工艺难以适应低软化点的衬底。

 有机柔性衬底不同于硬性衬底（如玻璃、蓝宝石、硅片），有着材质柔软、轻薄、可以弯曲、可以卷绕式（roll-to-roll）连续化生产等优点，但是软化点低、受热时容易在热应力的作用下发生形变，所以在柔性衬底上沉积压电氮化铝薄膜难以像在硬性衬底材料上那样可以高温沉积。低温沉积压电氮化铝薄膜就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性衬底上室温反应溅射沉积氮化铝压电薄膜的方法。

本发明是采用以下技术方案来实现上述目的：清洗柔性衬底；抽真空；制备底金属层；充入工作气体；接通衬底冷却装置；紫外线在线辐照并反应溅射制备氮化铝压电薄膜；各步骤的内容如下：

清洗柔性衬底：将有机柔性衬底用电子清洗剂擦洗后，用去离子水超声清洗，再用无水乙醇超声清洗，然后干燥；

抽真空：将上述经清洗的柔性衬底紧贴在磁控溅射镀膜机的真空腔中的基片冷却装置表面，抽真空，使其真空度达到10^-7～10^-3 Pa；

制备底金属层：向磁控溅射镀膜机真空腔中动态地通入氩气，维持真空腔内氩气的压强在2×10^-1～8×10^-1 Pa范围内，采用磁控溅射的方法制备作为底电极或者过渡层的底金属层；

充入工作气体：采用流量控制器向磁控溅射镀膜机真空腔中动态地通入氮气和氩气的混合气体，氮氩比为0.3～2，工作气体总压强为3.8×10^-1～5×10^-1 Pa；

接通基片冷却装置：对衬底进行冷却，使柔性衬底在溅射过程保持低温状态；

紫外线在线辐照并反应溅射制备氮化铝压电薄膜：接通紫外辐照器进行在线辐照，并启动磁控溅射源，在已镀覆底金属层的柔性衬底上反应溅射沉积氮化铝薄膜；完成上述工艺后，向磁控溅射镀膜机真空腔中放入大气，取出样品。

所述的柔性衬底为：聚脂、聚酰亚胺、液晶聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯对苯二甲酯、聚丙烯己二酯、聚四氟乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚砜、尼龙中的任一种热稳定性优良、耐腐蚀性好的有机材料制成的薄膜，薄膜的厚度为5～200 um。

所述的柔性衬底紧贴在所述的冷却装置的平面基板上或者柱状圆筒面上，冷却剂是水、液氮、氟利昂中的一种。

所述的底金属层为：铝、金、银、铜、铁、铂、钛、镍、铬、钨、钼、锌、钴、锆、铌中的任意一种导电性能良好、与氮化铝匹配的金属材料，其厚度为10～500 nm。

所述的紫外线辐照器是波长为10～400 nm，布置在真空钟罩内的紫外线灯或者是布置在真空钟罩外的激光器。

所述的磁控溅射源为平面靶磁控溅射源、柱型靶磁控溅射源、S-枪磁控溅射源或它们的孪生靶的一种。

所述的氮化铝压电薄膜是采用直流溅射、射频溅射、中频溅射的一种磁控溅射方法制成的，溅射的功率密度为2～25 W/cm²，靶材到衬底的距离为5～10 cm，靶材为纯度99.999%的金属铝靶，氮化铝压电薄膜厚度为200～5000 nm。