[发明专利]一种外延锡酸锶钴薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体氧化物薄膜材料领域，具体涉及一种在单晶衬底上制备外延锡酸锶钴薄膜的方法。

背景技术

碱土金属锡酸盐MSnO₃(M＝Sr，Ba，Ca)是一类具有钙钛矿晶体结构和优异介电、传感等性能的新型半导体材料，在电容器、湿度传感器、太阳能电池等诸多领域都有广泛应用。对MSnO₃结构进行金属离子掺杂以改善其光学、电学性能是该领域的研究热点，如金属元素La、Sb、Er等分别被掺入MSnO₃的M位或Sn位，以调控其光学、电学和磁学性能。三种碱土金属锡酸盐中，SrSnO₃材料具有更高的光学带隙(4.27eV)，因此得到的关注更多，研究重点是通过掺杂制备透明导电氧化物薄膜。如Liu QZ采用脉冲激光沉积方法在STO(001)衬底上制备了Sb掺杂的SrSnO₃薄膜(J Applied Phys.2008；103:0937091-4)，以及Nd掺杂的SrSnO₃薄膜(Thin Solid Films.2011；519:6059–63)，二者均具有良好的导电性和透明特性。另外，文献(Journal Exploring the Frontiers of Physics.2014；108:37003P1-5.)报道了在单晶氧化镁衬底上外延生长SrSn_1-xFe_xO₃薄膜、具有可调光学带隙的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高结晶质量及良好光学、电学性能的新型薄膜材料及外延制备技术，拓宽碱土金属锡酸盐的应用范围和领域。

本发明提供了一种外延锡酸锶钴薄膜，以钙钛矿结构的单晶或立方结构的单晶为衬底，采用脉冲激光沉积技术在所述衬底上沉积外延锡酸锶钴薄膜，所述外延锡酸锶钴薄膜的化学组成为SrSn_1-xCo_xO₃，0＜x＜1，其中Co原子取代SrSnO₃中的Sn位。

SrSnO₃(M＝Sr，Ba，Ca)是一类具有钙钛矿晶体结构和优异介电、传感等性能的新型半导体材料，在电容器、湿度传感器、太阳能电池等诸多领域都有广泛应用。Co掺杂可能在一定程度上弱化薄膜结晶质量，同时可改变薄膜能带结构，从而影响其光学透过率、禁带宽度和介电等特性，获得本征SrSnO₃体系所不具备的一些独特性能。

较佳地，0.1≤x≤0.5。

较佳地，所述外延锡酸锶钴薄膜的厚度为10～1000nm。

较佳地，所述外延锡酸锶钴薄膜的表面粗糙度为0.1～1nm。

本发明还提供了一种外延锡酸锶钴薄膜的制备方法，包括：

(1)选取锡酸锶钴为靶材，利用脉冲激光沉积技术在预处理后的衬底表面进行薄膜生长；

(2)将(1)所得薄膜在一定气氛下进行热处理。

较佳地，步骤(1)中所述的预处理包括：将衬底依次在去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗，每次持续时间1～60min，优选10～30min，最后在干燥的氮气下吹干。

较佳地，步骤(1)中所述衬底为钙钛矿结构的单晶或立方结构的单晶，优选为钛酸锶(SrSnO₃)、铝酸镧(LaAlO₃)、铁酸镧(LaFeO₃)、锆钛酸铅(PbZrTiO₃)、铌镁酸铅(PMN-PT)、氧化镁(MgO)中的一种。

较佳地，步骤(1)中所述脉冲激光沉积技术的参数为：氧压范围为0.0001～1Pa，衬底温度为20～800℃，激光功率为100～300mJ/cm²，频率为0.1～50Hz，优选为1-20Hz薄膜生长时间为1分钟～10小时，优选为0.5-2小时。

较佳地，步骤(2)中所述热处理为在500～1300℃下煅烧1～24小时。

较佳地，步骤(2)中所述气氛为真空、空气、氧气、氮气或氩气。