技术领域本发明涉及一种有序Sr/Si界面结构的制备方法，属于半导体元器件领域。
背景技术：
随着集成电路集成度的提高，CMOS基本单元中的栅极绝缘层材料SiO2厚度持续减薄，而SiO2介电常数仅为3.9，当SiO2的厚度降低到纳米量级后，此时会发生量子隧穿效应，导致大量电子通过SiO2绝缘层，使得漏电流过大导致CMOS器件失效。为克服该问题，可将SiO2绝缘层替换成介电常数为300的SrTiO3，这样即使绝缘层保持相同的物理厚度，使用SrTiO3后可将漏电流降低至使用SiO2绝缘层的1/100左右，从而使得CMOS器件可以稳定工作。为了在单晶硅衬底上获得高质量的SrTiO3薄膜，通常采用薄膜沉积速率仅为1～2nm/h的分子束外延生长技术，并且在硅和SrTiO3之间增加单原子层厚度的Sr/Si界面缓冲层，从而消除后续高温工艺中硅衬底和SrTiO3中氧发生反应带来绝缘性能下降的问题。为了获得Sr/Si单原子界面层，通常采用分子束外延生长技术将金属锶沉积在无氧化层的硅衬底上。众所周知，锶作为一种活泼的金属材料，在大气中不稳定很容易和氧发生反应生成氧化锶，难以保存；另外分子束外延技术需要超高真空设备，价格昂贵。
技术实现要素：
针对现有技术中Sr/Si单原子界面层的制备方法存在的上述问题，本发明提供一种有序Sr/Si界面结构的制备方法，采用高真空沉积方法如脉冲激光沉积或射频磁控溅射沉积技术，将1nm厚的氧化锶沉积到无氧化层的硅衬底上，然后在一定温度范围内退火处理一定时间，从而获得具有2×1结构的Sr/Si界面缓冲层。本发明的技术方案如下：一种有序Sr/Si界面结构的制备方法，包括如下步骤：步骤1：清洗硅片衬底；步骤2：使用脉冲激光沉积方法在硅衬底上沉积氧化锶纳米薄膜；步骤3：制备2×1-Sr/Si单原子层有序表面结构。进一步，所述步骤1包括如下步骤：步骤1-1：采用分析纯丙酮超声清洗以去除硅片表面存在的油脂；步骤1-2：用超纯水超声清洗；步骤1-3：将经上述两步清洗后的硅片放入氢氟酸中浸泡，以去除硅片表面的氧化层，从而获得无氧化层硅衬底；步骤1-4：使用超纯水流动清洗无氧化层硅片以将残留氢氟酸去除干净；步骤1-5：使用高纯氮气吹干硅片，并快速放入真空腔内。进一步，所述步骤2包括如下步骤：步骤2-1：抽真空，使得真空腔的本底真空达到1.0×10-4Pa；步骤2-2：衬底温度控制，温度范围为室温～350℃；步骤2-3：使用脉冲激光沉积方法，靶材为纯度为99.9％的氧化锶陶瓷材料，在硅片上沉积0.5～2nm厚的氧化锶纳米薄膜；激光条件为：激光波长266nm，脉冲频率10Hz，激光能量密度1～2J/cm，真空度为0.05Pa，沉积时间10～30秒。进一步，所述步骤3包括如下步骤：步骤3-1：将SrO/Si样品加热到550～650℃，真空度为1.0×10-4Pa；步骤3-2：在550～650℃保持0.5～1小时，真空度为1.0×10-4Pa，在这一恒温过程中，氧化锶中氧与硅反应生成气态氧化亚硅溢出样品表面；步骤3-3：在真空度1.0×10-4Pa条件下将样品降到室温，进行扫描隧道显微镜表征测量，得到2×1-Sr/Si单原子层有序表面结构。进一步，步骤1-1中，分析纯丙酮的纯度为99％，超声清洗时间为15分钟，硅片为电子级纯度的Si(100)；步骤1-2和步骤1-4中，超纯水的电阻率为15兆欧；步骤1-3中，氢氟酸的浓度为10％，浸泡时间为10～30秒。本发明的有益效果如下：本发明有序Sr/Si界面结构的制备方法，通过脉冲激光沉积镀膜技术和氧化锶材料的利用，即降低了设备成本，提高原材料的稳定性，又通过后续退火工艺的处理获得出具有2×1-Sr/Si有序的表面缓冲层结构。附图说明图1是采用本发明的方法制备的2×1-Sr/Si的表面扫描隧道显微镜图片。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。实施例一第一步：硅片衬底的清洗工艺：1、采用纯度为99％的分析纯丙酮超声清洗15分钟以去除硅片(Si(100)，电子级纯度)表面可能存在的油脂；2、用15兆欧超纯水超声清洗3遍；3、将经上述两步清洗后的硅片放入浓度为10％的氢氟酸中浸泡10秒，以去除硅片表面的氧化层，从而获得无氧化层硅衬底；4、使用15兆欧超纯水流动清洗无氧化层硅片以将残留氢氟酸去除干净；5、使用高纯氮气吹干硅片，并快速放入真空腔内。第二步：使用脉冲激光沉积方法在硅衬底上沉积氧化锶纳米薄膜：1、抽真空，使得真空腔的本底真空达到1.0×10-4Pa；2、衬底温度控制，温度为25℃；3、使用脉冲激光沉积方法，靶材为纯度为99.9％的氧化锶陶瓷材料，在硅片上沉积0.5厚的氧化锶纳米薄膜，激光条件为：激光波长266nm，脉冲频率10Hz，激光能量密度1J/cm，真空度为0.05Pa，沉积时间30秒。第三步：制备2×1-Sr/Si单原子层有序表面结构：1、将SrO/Si样品加热到550℃，真空度为1.0×10-4Pa；2、在550℃保持1h，真空度为1.0×10-4Pa，在这一恒温过程中，氧化锶中氧与硅反应生成气态氧化亚硅溢出样品表面；3、在真空度1.0×10-4Pa条件下将样品降到室温，进行扫描隧道显微镜表征测量，表面结构为2×1-Sr/Si单原子层有序表面结构。实施例二第一步：硅片衬底的清洗工艺：1、采用纯度为99％的分析纯丙酮超声清洗15分钟以去除硅片(Si(100)，电子级纯度)表面可能存在的油脂；2、用15兆欧超纯水超声清洗3遍；3、将经上述两步清洗后的硅片放入浓度为10％的氢氟酸中浸泡20以去除硅片表面的氧化层，从而获得无氧化层硅衬底；4、使用15兆欧超纯水流动清洗无氧化层硅片以将残留氢氟酸去除干净；5、使用高纯氮气吹干硅片，并快速放入真空腔内。第二步：使用脉冲激光沉积方法在硅衬底上沉积氧化锶纳米薄膜：1、抽真空，使得真空腔的本底真空达到1.0×10-4Pa；2、衬底温度控制，温度为180℃；3、使用脉冲激光沉积方法，靶材为纯度为99.9％的氧化锶陶瓷材料，在硅片上沉积1.3nm厚的氧化锶纳米薄膜，激光条件为：激光波长266nm，脉冲频率10Hz，激光能量密度1.5J/cm，真空度为0.05Pa，沉积时间20秒。第三步：制备2×1-Sr/Si单原子层有序表面结构：1、将SrO/Si样品加热到600℃，真空度为1.0×10-4Pa；2、在600℃保持0.7h，真空度为1.0×10-4Pa，在这一恒温过程中，氧化锶中氧与硅反应生成气态氧化亚硅溢出样品表面；3、在真空度1.0×10-4Pa条件下将样品降到室温，进行扫描隧道显微镜表征测量，表面结构为2×1-Sr/Si单原子层有序表面结构。实施例三第一步：硅片衬底的清洗工艺：1、采用纯度为99％的分析纯丙酮超声清洗15分钟以去除硅片(Si(100)，电子级纯度)表面可能存在的油脂；2、用15兆欧超纯水超声清洗3遍；3、将经上述两步清洗后的硅片放入浓度为10％的氢氟酸中浸泡30秒，以去除硅片表面的氧化层，从而获得无氧化层硅衬底；4、使用15兆欧超纯水流动清洗无氧化层硅片以将残留氢氟酸去除干净；5、使用高纯氮气吹干硅片，并快速放入真空腔内。第二步：使用脉冲激光沉积方法在硅衬底上沉积氧化锶纳米薄膜：1、抽真空，使得真空腔的本底真空达到1.0×10-4Pa；2、衬底温度控制，温度为350℃；3、使用脉冲激光沉积方法，靶材为纯度为99.9％的氧化锶陶瓷材料，在硅片上沉积2nm厚的氧化锶纳米薄膜，激光条件为：激光波长266nm，脉冲频率10Hz，激光能量密度2J/cm，真空度为0.05Pa，沉积时间5秒。第三步：制备2×1-Sr/Si单原子层有序表面结构：1、将SrO/Si样品加热到650℃，真空度为1.0×10-4Pa；2、在650℃保持0.5h，真空度为1.0×10-4Pa，在这一恒温过程中，氧化锶中氧与硅反应生成气态氧化亚硅溢出样品表面；3、在真空度1.0×10-4Pa条件下将样品降到室温，进行扫描隧道显微镜表征测量，表面结构为图1所示的2×1-Sr/Si单原子层有序表面结构。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。