[发明专利]一种钽酸锂薄膜离子束增强沉积制备工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能薄膜制备工艺，特别涉及一种钽酸锂薄膜的离子束增强沉积制备工艺方法。

背景技术

红外成像探测器是红外热像仪的核心关键性部件，用于将不可见的红外辐射转换成可测量的信号。近二十年来发展的非致冷红外探测器，突破了致冷型探测器室温下必须制冷才能工作的限制，使成像系统成本和组件的复杂性大大降低，由于其高性价比符合民用市场的需求，已经在红外技术中起着非常重要的作用。热释电型红外探测器是非制冷红外探测器中的一种，依靠材料本身的热释电效应探测红外信号。热释电效应是指热释电材料为保持表面电中性，表面吸附有电荷(电子)，由于材料受红外热辐射产生温度变化时，材料的电偶极矩发生变化，为保持电中性，材料表面会释放电荷，故称热释电现象。热释电材料的热电效应已经在非致冷红外探测器领域广泛应用。近年来，随着制备技术的发展和提高，具有良好热释电性的材料，比如TGS系列材料，钽酸锂系列材料，PVDF系列材料，铅基PZT系列材料，BST系列材料等，逐步发展成为非致冷的热释电红外探测器的常用材料。钽酸锂(LiTaO₃)材料是一种具有重要的应用价值的多功能材料，它具有良好的热释电、铁电、压电、电光和非线性光学等特性，是优良的热释电红外探测材料。然而钽酸锂晶体材料制备非致冷红外焦平面阵列存在一些难以克服的问题，如热像元与读出电路工艺不兼容、热像元与读出电路的焊接困难等阻碍了高性能、高密度、大面积的热释电型红外焦平面阵列的制作；另外钽酸锂晶体材料受限于几何厚度较大、热传导损失严重等因素，很难制造得到1～2μm或以下的厚度的热释电晶体薄片，并不适合高性能系统方面的应用。

综上原因，发展了薄膜型钽酸锂薄膜探测器用以克服上述缺陷，制备钽酸锂薄膜的方法有很多，如化学气相沉积(CVD)、射频磁控溅射、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)，脉冲激光沉积(PLD)和溶胶-凝胶(So1-Gel)工艺，分子束外延(MBE)等。总体上讲，目前钽酸锂薄膜红外探测器性能还不如钽酸锂晶体红外探测器性能。目前钽酸锂薄膜制备研究中最成功的两种方法是溅射法和溶胶凝胶法。然而采用射频磁控溅射法制作器件过程中钽酸锂陶瓷靶往往不是按预计的Li⁺、Ta⁺⁵化学计量比溅射沉积，所以薄膜晶体的微结构和大面积生长薄膜一致性有待提高。用溶胶凝胶法制备时，钽酸锂溶胶的配制工艺非常难掌握；最困难的是钽酸锂(LiTaO₃)薄膜器件的泄漏电流较大，在极化过程中难以承受高极化电压，非常容易造成薄膜器件的击穿，使器件制作失败。所以，高性能的钽酸锂红外敏感薄膜及其器件制备工艺研究目前还处于实验室摸索阶段。

发明内容

本发明针对现有方法所制备的钽酸锂(LiTaO₃)薄膜的不足，提供了一种新的能够制备致密且漏电小、介电损耗小，剩余极化强度相对较大的钽酸锂(LiTaO₃)薄膜的干法制备工艺，采用离子束增强沉积(IBED-Ion Beam Enhanced Deposition)方法，在Pt/Ti/S iO₂/S i衬底上溅射沉积制得了均匀、致密、与衬底粘附良好、与CMOS工艺兼容、低介电损耗、低漏电、高剩余极化强度的钽酸锂薄膜。

离子束增强沉积钽酸锂薄膜：

步骤一：溅射前将用酒精将离子束增强沉积设备IBED-C600M腔体擦拭干净并保持设备腔体自然干燥，使酒精分子自然溢出，并安装好溅射靶；

步骤二：用去离子水将衬底片Pt/Ti/SiO₂/Si清洗干净，然后用丙酮擦拭干净，清洗干净并自然晾干后放入沉积腔体样品台。

步骤三：利用真空泵将腔体抽真空，沉积开始前要求本底真空度到达5×10^-3pa。

步骤四：当真空到达沉积要求时，可以开始准备溅射沉积，沉积之前用辅助离子源Ar气对样品衬底表面进行清理，轰击掉样品衬底上的杂质；样品自转角速度10～20r/min；氩气流速10～20cm³/s；灯丝电流8～13A；阳极电流0.8～1.2A；抑制电压90～110V；溅射源高压：2400～2600V；高压电流60～70mA；衬底表面辅助清理时间为4～5min。