[发明专利]一种金属掺杂的二硼化锆薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种金属掺杂二硼化锆薄膜及其制备方法，以金属靶和ZrB₂复合靶作为靶材，通过磁控溅射方法在硅基底上沉积金属元素掺杂的ZrB₂薄膜；所述金属元素为比Zr和B更容易被氧化的金属。本发明采用磁控共溅射技术在ZrB₂薄膜中引入容易吸氧的金属元素，从而降低氧对ZrB₂薄膜的影响，使Zr、B原子比例趋近化学计量比，避免生成ZrO₂和B₂O₃，调整薄膜的结晶度，改变了薄膜的化学成分和微观结构，降低了薄膜中的O含量，降低了薄膜电阻，实现薄膜组分和微观组织结构的可控制备。

技术领域

本发明属于功能薄膜制备技术领域，具体涉及一种金属掺杂的二硼化锆薄膜及其制备方法。

背景技术

二硼化锆因具有高熔点(3245℃)、高硬度(22GPa)、低热膨胀系数(5.9×10^-6℃^-1)和低电阻率(4.6μΩ·cm)等优点，可用作高温结构陶瓷材料、薄膜材料、复合材料、电极材料等。常用的ZrB₂薄膜的制备方法为化学气相沉积(CVD)法和磁控溅射技术。然而，利用CVD制备的ZrB₂薄膜因具有较高含量的C和O元素而具有较高的电阻率，且内部结构较疏松，影响其使用性能。相比于CVD方法，磁控溅射技术是一种更具应用前景的沉积方法，具有薄膜表面平整、结合力好、厚度均匀、结构致密、可控性更高的特点。

但是在磁控溅射制备ZrB₂薄膜过程中，Zr与B都对O原子具有极强的亲和力，导致所制得的薄膜容易被氧化，更倾向于生成ZrO₂和B₂O₃，而非具有化学计量比的ZrB₂，且ZrO₂与ZrB₂具有不同的晶体结构，电阻率高，显著影响了二硼化锆薄膜的电学特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属掺杂二硼化锆薄膜及其制备方法，降低了薄膜电阻，提高了电学特性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种金属掺杂的二硼化锆薄膜的制备方法，以金属靶和ZrB₂复合靶作为靶材，通过磁控溅射方法在硅基底上沉积金属元素掺杂的ZrB₂薄膜；所述金属元素为比Zr和B更容易被氧化的金属。

优选的：所述金属元素为Al或Ta。

进一步的：所述金属元素为Al，金属靶和ZrB₂复合靶溅射功率的比值为(30～50)：80。

进一步的：所述金属元素为Ta，金属靶和ZrB₂复合靶溅射功率的比值为(30～50)：100。

优选的：金属靶材采用射频溅射，ZrB₂复合靶采用直流溅射或射频溅射。

优选的：所述硅基底为单面抛光的Si(100)基底。

优选的：磁控溅射前，对硅基底进行清洗预处理：将硅基底依次置于丙酮和乙醇中进行超声清洗，然后在HF溶液中浸泡去除硅基底表面的氧化层。

优选的：沉积时间为30～120min。

采用所述的制备方法得到的金属掺杂的二硼化锆薄膜。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：