[发明专利]一种N掺杂C膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种N掺杂C膜的制备方法，其特征在于：（1）选择衬底材料，高纯石墨为溅射靶材，N₂为离子束的N⁺源；（2）对衬底材料依次用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗，吹干；（3）把衬底材料放入溅射腔中，启动磁控溅射设备并抽真空，在真空度达到1.0~3.0*10^－4Pa时，通入溅射Ar气，使C靶起辉，设定工艺参数，在Si片上制备C膜；关闭C靶，开启离子束沉积系统，通入N₂作为氮源，通过离子束发射N⁺轰击C膜，与衬底C膜发生反应并实现掺杂；（4）取出样品，放入250‑400℃、N₂气氛炉中1.5‑3h保温退火，制得N掺杂C薄膜。本发明优点：工艺简单，可控性强；以N₂为离子源，不引入其他杂质元素，成膜几率高；保温退火，提高了掺杂均匀性及薄膜的结晶质量。

技术领域

本发明属薄膜制备技术领域，涉及一种N掺杂C膜的制备方法。

背景技术

氮化碳的结构与氮硅共价化合物相类似，其具有较大的聚合能和力学稳定性，Teter等对CN结构进行推测，共计五种，即：α相、β 相、立方相、准立方相和类石墨相，大量研究表面，除类石墨相外，其他相氮化碳的体弹性模量理论值均可与金刚石相比拟，被认为是一种新型的超硬材料，具有许多优良性能。经过多年努力，理论与实验两方面都得到了较大的发展，并报道合成了a－C₃N₄、B－C₃N₄，石墨相或CN_X等。

目前制备出的N掺杂C膜，大多数是以NH₃为N掺杂源，或者以其他N化合物为掺杂源，这样会引入其他杂质源，不利于N掺杂C膜的纯度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有N掺杂C膜的纯度不高的问题，提供一种N掺杂C膜的制备方法；本发明以N₂为离子源，直接利用离子束沉积技术，为C膜提供掺杂N离子。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种N掺杂C膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）选用单晶Si片或玻璃为衬底材料，高纯石墨为溅射靶材，N₂为离子束的N⁺源；

（2）对衬底材料依次用丙酮、酒精、去离子水进行超声波清洗，以去除表面杂质和油污，吹干备用；

（3）把衬底材料放入溅射腔中，启动磁控溅射设备并抽真空，在真空度达到1.0~3.0*10^－4Pa时，通入溅射气体Ar气，使C靶起辉，达到活化和去除表面杂质的目的，而后设定工艺参数，控制功率50-200w，Ar为10-30sccm，工作气压0.5-1.0Pa，时间10-60min；最终在Si片上制备一定性能的C膜，之后关闭C靶，开启离子束沉积系统，通入N₂作为氮源，通过离子束发射N⁺轰击C膜，与衬底C膜发生反应并实现掺杂；

（4）然后取出样品，将其放入250-400℃、N₂气氛炉中进行1.5-3h保温退火，最终制得N掺杂C薄膜。

进一步，所述工艺参数为：功率100w，Ar为20sccm，工作气压0.5Pa，时间30min。

进一步，所述工艺参数为：功率150w，Ar为25sccm，工作气压1Pa，时间45min。

首先利用磁控溅射法在Si或者玻璃衬底上制备一层C膜，而后配合离子束沉积技术，以N₂为N⁺源，轰击C膜，进而与C膜发生反应并进行掺杂，最终生成一定性能的掺杂C薄膜。整个过程，引入变量较少，可控性、重复性强，可以根据需要制备各种掺杂量和各种性能的掺杂C薄膜，以利于电子元器件的使用要求。

本发明的有益效果：