[发明专利]利用磁控溅射技术制备BVO外延单晶薄膜的方法

说明书

本发明属于真空镀膜技术领域，公开了一种利用磁控溅射技术制备BVO外延单晶薄膜的方法，包括以下步骤：a、安装靶材，b、预处理衬底材料，c、制备ITO中间层薄膜，d、制备外延单晶BVO薄膜。本发明通过改变制备薄膜时对靶材施加功率以及氧压的大小首次获得了BVO的外延单晶薄膜，制备方法简单，制备出的薄膜表面平整致密，可进一步用于制备覆盖面积大的外延单晶薄膜；该方法也为用化学计量比靶材通过磁控技术制备出与靶材元素比例相同的金属氧化物提供了可能。

技术领域

本发明属于真空镀膜技术领域，涉及一种利用磁控溅射技术制备BVO外延单晶薄膜的方法。

背景技术

随着人类社会的快速发展，能源危机和环境污染成为了人们日益关注的话题。Bi系半导体，由于具有良好的可见光光响应，被广泛的用于光催化剂的研究，成为了当下研究的热点之一。其中BVO是一种无毒的性质稳定的并且光吸收范围广的半导体光催化剂，可以用于降解水中的有机污染物，也是光电化学分解水的最常用的光电阳极。目前制备BVO的方法包括物理法和化学法，溶胶-凝胶法、水热法等方法属于化学法，制备出粉体BVO，虽然制造工艺简单，但反应条件不易精确控制，实验重复性不太好；分子束外延、脉冲激光沉积、磁控溅射等属于物理法，制备出薄膜BVO，其中前两者方法制备条件相对苛刻，要求较高的真空度和较高的温度，并且仪器也比较昂贵。

磁控溅射技术作为一种物理气相沉积法具有实验条件可精确操控、实验工艺操作简单、制备的薄膜均匀致密且与衬底接触良好、能广泛的应用于工业生产之中。但利用磁控溅射技术制备外延单晶薄膜还未见有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种利用磁控溅射技术制备BVO外延单晶薄膜的方法,产品制备成本低，周期短等优点，易于实现工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供一种利用磁控溅射技术制备BVO外延单晶薄膜的方法，包括以下步骤：

a、安装靶材：将SnO₂和In₂O₃靶材安装在直流溅射靶座，靶座连接脉冲直流电源；将Bi₂O₃和V₂O₅陶瓷靶材安装在射频磁控溅射靶座，靶座连接射频电源；

b、预处理衬底材料：选择钇稳定的氧化锆作为衬底材料，将衬底材料依次放入丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，随后用氮气进行干燥，放入密封袋，备用；

c、制备ITO中间层薄膜：将腔体内抽真空，向真空反应腔内通入氩气，调节氩气压为2.5pa，打开脉冲直流电源，调节沉积功率为30W、转速为5r/min、沉积温度为500℃、沉积时间为10-60min，得到ITO中间层薄膜；

d、制备外延单晶BVO薄膜：向真空反应腔内通入25sccm流量的氩气，调节氩分压为1.9pa；通入70-100sccm流量的氧气，调节氧分压在3-4pa；沉积过程中保持腔体内的总压力在2.5-19pa；连接陶瓷靶材射频电源的功率为30-80W，沉积温度为450-500℃，溅射时间为1-3h；溅射完成后稳定10-20min，然后自然降温至室温后，取出BVO薄膜。

优选地，所述SnO₂和In₂O₃靶材的重量百分比10:90。

优选地，所述Bi₂O₃和V₂O₅陶瓷靶材的原子数百分比1.05:1。

优选地，所述衬底材料的大小为1cm×1cm，暴露晶面为（100）。

优选地，所述超声的功率为250W，超声时间为8-16min。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：