专利名称：一种MgO功能薄膜制备方法
技术领域：
本发明涉及MgO功能薄膜，具体是一种MgO功能薄膜制备方法。
背景技术：
在现有技术中，在彩色等离子显示器特别是交流型彩色等离子显示器中，MgO功能薄膜充当保护介质层，以及作为高温超导薄膜和铁电薄膜的稳定阻挡层引起了人们广泛的兴趣。目前，MgO功能薄膜主要的制备方法有真空蒸镀法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等。其中，真空蒸镀法多采用电子束蒸发技术和激光脉冲沉积技术，即分别采用电子束和激光聚焦在纯MgO靶表面，使得MgO熔化而被蒸发。虽然这两种方法可制备高纯度的MgO功能薄膜，但由于采用纯MgO靶成本高，并且若采用电子束蒸发法，则膜层内不可避免地存在孔隙；而若采用激光脉冲沉积法，则大功率激光器价格昂贵，不适合制备大面积的薄膜。金属有机化学气相沉积法是利用magnesium β-diketonate和Mg(thd)2作金属有机源，Ar气作为运输气体，通入O2以消除碳元素掺入薄膜中，其工艺通用性较广，可以大规模地制备MgO功能薄膜。不足之处在于沉积速度较慢，用作原料的金属有机源的毒性较大，必须小心防护和操作。而溶胶-凝胶法基本上是以镁金属醇盐为原料，这种物质在国内很难得到。目前，未见采用S-枪磁控溅射法制备MgO功能薄膜的报道。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种经济、无公害，沉积速度快，可在低温下沉积晶粒细小、致密度高的MgO功能薄膜制备工艺。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是采用S-枪磁控溅射法，具体为采用呈倒圆锥状的纯Mg作靶，HF酸清洗基体，装炉后将真空室抽至6～8×10-3Pa，以Ar气为保护气体，O2气为反应气体，通入Ar气与O2，使Ar气的导气管口靠近Mg靶，O2的导气管口靠近基体，工作参数工作压强为4～8Pa，溅射电流为1～4A，获得厚度约为0.5～1μm、致密均匀的MgO功能薄膜；真空室抽真空后，将基体加热至100～200℃后，再通入O2和Ar气；所述基体为玻璃载物片或硅片；所述O2气与Ar气的流量比为1～3∶1。
本发明具有如下优点1.靶材利用率高。采用本发明Mg靶的靶面形状与磁力线分布形状保持相似，利用不等厚的靶材来弥补不均匀的刻蚀，因此其靶材利用率高达50％以上，明显高于现有技术中其它磁控溅射。
2.成本低。采用本发明可采用S-枪磁控溅射设备，或利用现有技术中蒸发设备进行改造，直接取代蒸发工艺中的电子枪，十分方便、经济；另外采用纯Mg作靶，Ar气作保护原料，O2作反应原料，其原料易得，且成本低。
3.本发明实现了低温(室温)沉积，并且膜层致密、晶粒细小，可达到纳米量级。
4.无污染。由于本发明不采用毒性、腐蚀性和危险性的气体，所以不存在环境污染。
5.用途广泛。本发明制备的MgO功能薄膜可作为交流等离子显示器中绝缘层的保护膜，也可作为高温超导薄膜和铁电薄膜的稳定阻挡层，特别是作为一种集成电路用的功能薄膜，应用范围广。
图1为本发明一个实施例的MgO功能薄膜表面形貌场发射扫描电子显微镜照片。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1将GZD450型高真空镀膜机的电子枪靶用S-枪磁控溅射靶替换，靶电源采用E2型S-枪电源替换，采用呈倒圆锥状的纯Mg作靶，以单晶Si(100)片为基体，HF酸清洗基体，装炉后将真空室抽至8×10-3Pa，以Ar气为保护气体，O2气为反应气体，在室温下通入Ar气与O2，使Ar气的导气管口靠近Mg靶，O2的导气管口靠近基体，O2气与Ar气的流量比为1∶1，工作参数工作压强为4Pa，溅射电流为1A，沉积20min，获得厚度约为0.5μm、附着性好、致密均匀的MgO功能薄膜，其晶粒达到纳米量级，从图1所示MgO功能薄膜表面形貌场发射扫描电子显微镜照片可见，本发明的MgO功能薄膜颗粒均小于100mm。
本发明的原理是在阴极靶表面上方形成一个正交电磁场，电子被约束在该区域内作摆线运动，靶面上方形成一个等离子体发光环，等离体中的离子会轰击靶面，产生溅射，并得利用纯Mg靶的靶面形状与磁力线分布形状保持相似，呈倒圆锥形，利用不等厚的靶材来弥补不均匀的刻蚀，因此其靶材利用率高达50％。
实施例2与实施例1不同之处在于以经HF酸清洗的玻璃载物片为基体，装炉后将真空室抽至6×10-3Pa，以Ar气为保护气体，O2气为反应气体，将基体加热至150℃，通入Ar气与O2，使Ar气的导气管口靠近Mg靶，O2的导气管口靠近基体，O2气与Ar气的流量比为2∶1工作参数工作压强为8Pa，溅射电流为4A，沉积20min，获得厚度约为1.2μm、附着性好、致密均匀的MgO功能薄膜，其晶粒达到纳米量级。设备同上。
实施例3与实施例1不同之处在于以经HF酸清洗的单晶硅片为基体，装炉后将真空室抽至6×10-3Pa，以Ar气为保护气体，O2气为反应气体，将基体加热至200℃，通入Ar气与O2，使Ar气的导气管口靠近Mg靶，O2的导气管口靠近基体，工作参数工作压强为6Pa，溅射电流为2A，沉积20min，获得厚度约为0.7μm、附着性好、致密均匀的MgO功能薄膜，其晶粒达到纳米量级。设备同上。
权利要求
1.一种MgO功能薄膜制备方法，采用S-枪磁控溅射法，其特征在于采用呈倒圆锥状的纯Mg作靶，HF酸清洗基体，装炉后将真空室抽至6～8×10-3Pa，以Ar气为保护气体，O2气为反应气体，通入Ar气与O2，使Ar气的导气管口靠近Mg靶，O2的导气管口靠近基体，工作参数工作压强为4～8Pa，溅射电流为1～4A，获得厚度约为0.5～1μm、致密均匀的MgO功能薄膜。
2.按照权利要求1所述MgO功能薄膜制备方法，其特征在于真空室抽真空后，将基体加热至100～200℃后再通入O2和Ar气。
3.按照权利要求1或2所述MgO功能薄膜制备工艺，其特征在于所述基体为玻璃载物片或硅片。
4.按照权利要求1或2所述MgO功能薄膜制备工艺，其特征在于所述O2气与Ar气的流量比为1～3∶1。
全文摘要
本发明公开一种MgO功能薄膜制备方法，采用S－枪磁控溅射法，具体为采用呈倒圆锥状的纯Mg作靶，HF酸清洗基体，装炉后将真空室抽至6～8×10
文档编号C23C14/34GK1420201SQ01133478
公开日2003年5月28日 申请日期2001年11月21日 优先权日2001年11月21日
发明者闻立时, 卢春燕, 孙超, 肖金泉, 宫俊, 王冰, 王铁钢, 杜昊, 黄荣芳, 刘艳梅 申请人:中国科学院金属研究所