[发明专利]高c轴取向氮化铝薄膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高c轴取向氮化铝薄膜及其制备方法与应用，属于信息电子材料技术领域。

背景技术

在过去的几十年里，柔性电子由于轻便、便宜、可一次性使用等特点得到了广泛关注。在平板显示、传感、生物等领域得到了广泛的应用。氮化铝由于其具有高热导率、高硬度、高熔点、色散小、声速高、高的化学稳定性、大的击穿场强和低的介电损耗，可广泛用于声表面波器件、各种传感器、能量搜集器中。通过材料的压电特性，进行声电、力电转换，进行信息的传递、处理和能源转换。

传统的氮化铝薄膜都是沉积在刚性基底上，如金刚石、蓝宝石、单晶硅基片等。但是这些基片都是高硬度，刚性不可弯曲且价格昂贵。通常为了得到高c轴取向的氮化铝薄膜，基片还必需加热到很高的温度。其工艺难以与传统的CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)工艺兼容。柔性衬底具有轻便，易成型，可弯曲，可以卷绕式连续化生产等优点。沿c轴取向的AlN具有非常好的压电性和声表面波高速传输性，因此制备高c轴取向AlN薄膜对柔性声表面波器件相速和机电耦合系数的提高具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种高c轴取向氮化铝薄膜及其制备方法与应用，本发明利用成本低廉的二硫化钼作为缓冲层，采用直流反应磁控溅射直接在覆盖了二硫化钼的柔性衬底上沉积得到AlN薄膜，操作简单；本发明制备方法不但提高了AlN薄膜的c轴取向，而且降低了AlN薄膜的应力。本发明AlN薄膜在用作声表面波器件的压电薄膜时，可使机电转换效率增大，插入损耗减小，因此适合制备柔性传感器等SAW器件。

本发明所提供的高c轴取向AlN薄膜的制备方法，包括如下步骤：将二硫化钼旋涂于柔性衬底上得到二硫化钼覆盖的衬底；利用反应溅射，在所述二硫化钼覆盖的衬底上进行沉积得到所述AlN薄膜；

所述反应溅射的工作气体为氮气和氩气的混合气体；

所述反应溅射的靶材为铝靶。

上述的制备方法中，所述柔性衬底可为柔性有机材料衬底；

所述柔性有机材料衬底可为有机材料薄膜；

所述有机材料薄膜可为聚酰亚胺薄膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜；

所述有机材料薄膜的厚度可为5～200μm，具体可为125μm。

上述的制备方法中，向所述柔性衬底上旋涂所述二硫化钼之前，所述方法还包括用等离子体清洗所述柔性衬底的步骤；

所述等离子体为氩气等离子体；

利用所述等离子体进行清洗可按如下步骤进行：将粘在玻璃基片上的所述柔性衬底放入等离子体刻蚀机中，抽本底真空到10^-4Pa以下，充入氩气使整个体系压力维持在10^-1Pa～10^-3Pa，调屏极电压、加速电压、阳极电压和阴极电流分别为550V～750V、50V～130V、50V～100V和1A～20A，开挡板，刻蚀2～15分钟；刻蚀结束后，静置10分钟以上，充入氮气，取出粘在玻璃基片上的所述柔性衬底，其中，所述氩气的纯度为99.999％，所述氮气的纯度为99.999％。

上述的制备方法中，利用所述等离子体清洗所述柔性衬底之前，所述方法还包括如下步骤：用丙酮、乙醇和/或去离子水清洗所述柔性衬底，可采用超声清洗，然后用氮气吹干。

上述的制备方法中，采用如下步骤将所述二硫化钼旋涂于所述柔性衬底上：将所述二硫化钼分散于水或乙醇中得到二硫化钼的分散液；将所述分散液滴在放置于均胶机的所述柔性衬底上，使所述均胶机旋转，经烘干即可；

所述分散液的浓度可为0.05～1mg/mL，具体可为0.1mg/mL；

控制所述均胶机以1000～5000r/min的转速旋转5～10s，使二硫化钼均匀分布在所述柔性衬底上，之后将所述柔性衬底迅速移到100～120℃的加热台上，烘5～10min后待用，具体可以1000r/min的转速旋转5s，之后将衬底迅速移到120℃的加热台上，烘干10min。

上述的制备方法中，所述反应溅射在真空度为10^-6～10^-4Pa的条件下进行，所述真空度具体可为0.5×10^-4Pa；

所述工作气体中，所述氮气与所述氩气的体积比可为0.2～0.7：1，所述氩气的纯度为99.999％，所述氮气的纯度为99.999％。

控制所述工作气体的流量可为6mL/min～60mL/min，具体可为6mL/min。