单晶衬底的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及衬底材料技术领域，特别是涉及一种NdGa03单晶衬底的处理方法。
【背景技术】
[0002]过渡金属氧化物表现出丰富多彩的物理现象，具有非常大的应用潜力，比如高温超导的无耗散电输运等。过渡金属氧化物薄膜材料，是研宄过渡金属氧化物的重要内容。
[0003]为了生长过渡金属薄膜，衬底是必不可少的。NdGaO3，就是一种常用商业单晶衬底。它具有赝立方(pseudocubic)的晶体结构，可看做NdO层和GaO层沿着c轴方向交替堆垛而成。商家在生产(011)晶面时，即是赝立方结构表示下的(OOl)p晶面，往往会不可避免的偏离一个小角度(即斜切角，如0.3° )。这样将导致NdGa03衬底不具有单一终结面，即表面同时存在NdO和GaO两种面，而且这两种面分别呈长方形带状大致在表面交替排列。然而，这种混合的终结面对外延生长薄膜材料是非常不利的，一方面会影响薄膜生长初期的应力生长，降低薄膜的平整度，进而极大的影响薄膜质量；另一方面使界面复杂化，引入不需要的外来杂质载流子到外延薄膜中，导致外延薄膜物性尤其是界面的物理不可控。
[0004]因此，提供一种NdGa03单晶衬底的处理方法是本领域技术人员需要解决的课题。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种NdGaO3单晶衬底的处理方法，用于解决现有技术中NdGaO3单晶衬底不适合生长高质量氧化物薄膜材料的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种NdGaO#晶衬底的处理方法，所述处理方法至少包括:
[0007]I)提供一待处理的制6&03单晶衬底，所述待处理的NdGaO 3单晶衬底表面是由NdO层和GaO层构成的混合终结面；
[0008]2)将所述待处理的NdGaO^晶衬底进行酸刻蚀，使所述NdGaO 3单晶衬底表面初步形成由GaO层构成的单一终结面；
[0009]3)将所述NdGaO3单晶衬底置于高温炉中进行退火，获得具有原子尺度表面台阶的GaO单一终结面。
[0010]作为本发明NdGaO3单晶衬底的处理方法的一种优化的方案，所述步骤2)中进行酸刻蚀的过程为:首先，配置酸溶液；然后，将待处理的NdGaO3单晶衬底置于酸溶液中浸泡39?41秒，所述NdGa03单晶衬底表面的NdO层和所述酸溶液发生化学反应而溶解。
[0011]作为本发明NdGaO3单晶衬底的处理方法的一种优化的方案，所述酸溶液的配置过程为:先将配置质量浓度为40%的氢氟酸，之后将所述氢氟酸与氟化铵以及去离子水以(0.9?1.1): (2.9?3.1): (99.5?100.5)的体积比混合，形成酸溶液。
[0012]作为本发明NdGaO3单晶衬底的处理方法的一种优化的方案，所述步骤3)中进行退火的过程为:首先，以8?12°C /min的升温速率从50°C升温到950°C?1050°C ;然后在950°C?1050°C下保温1.5?2.5小时；接着，以4?6°C/min的降温速率从950°C?1050°C降温到500°C，最后自然降温至20°C，完成退火。
[0013]作为本发明NdGaO3单晶衬底的处理方法的一种优化的方案，在所述空气氛围中进行退火的温度范围为1000°C?1050°C。
[0014]作为本发明NdGaO3单晶衬底的处理方法的一种优化的方案，在所述空气氛围中进行退火的时间范围为2?2.5小时。
[0015]作为本发明NdGaO3单晶衬底的处理方法的一种优化的方案，所述NdGaO3单晶衬底在进行处理前后均为赝立方晶体结构。
[0016]作为本发明NdGaO3单晶衬底的处理方法的一种优化的方案，所述NdGaO3单晶衬底为(011)晶面。
[0017]如上所述，本发明的NdGa03单晶衬底的处理方法，包括步骤:首先提供一待处理的制6&03单晶衬底，所述待处理的NdGaO 3单晶衬底表面是由NdO层和GaO层构成的混合终结面；然后将所述待处理的NdGaO3单晶衬底进行酸刻蚀，使所述NdGaO 3单晶衬底表面初步形成由GaO层构成的单一终结面；最后将所述NdGaO3单晶衬底置于高温炉中进行退火工艺，获得具有原子尺度表面台阶的GaO单一终结面。通过本发明的处理方法可以将混合终结面的NdGa03单晶衬底转变为GaO单一终结面的衬底，并且衬底表面具有原子尺度的台阶，有利于后续生长出更为平整、可控且质量更好的氧化物薄膜材料。
【附图说明】
[0018]图1为本发明NdGaO3单晶衬底经过处理后的原子力显微照片。
【具体实施方式】
[0019]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0020]请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0021]实施例一
[0022]本实施例提供一种NdGa03单晶衬底的处理方法，所述处理方法包括如下步骤:
[0023]步骤一、提供一待处理的NdGaO3单晶衬底。
[0024]本实施例中，待处理的NdGaO3单晶衬底由商业途径购买获得，该待处理的NdGaO 3单晶衬底具有赝立方晶体结构，需要处理的表面为(011)晶面。所述NdGaO3单晶衬底表面是由NdO层和GaO层构成的混合终结面，即待处理的制6&03单晶衬底表面同时存在NdO和GaO两种面，这两种面分别呈长方形带状大致在表面交替排列。
[0025]步骤二、对所述待处理的NdGaO3单晶衬底进行酸刻蚀处理。
[0026]酸刻蚀处理的具体步骤为:首先，配置酸溶液，先将配置质量浓度为40%的氢氟酸(即100克溶液中有40克氢氟酸)，之后将所述氢氟酸与氟化铵以及去离子水以1:3:100的体积比混合，形成酸溶液；然后，将待处理的NdGaO3单晶衬底置于酸溶液中浸泡40秒，使所述NdGa03单晶衬底表面的NdO层和所述酸溶液发生化学反应而溶解。
[0027]具体发生的化学方程式为:2HF+ (NdO)1+— H 20+ (NdF2)1+
[0028]本步骤中配置的酸溶液只与衬底表面的NdO层发生化学反应，反应生成可溶于水的(NdF2)1+，而酸溶液不与GaO层发生化学反应，这样，在NdGaO3单晶衬底表面仅留下没发生反应的GaO，初步形成由GaO层构成的单一终结面，台阶面初步形成。
[0029]步骤三、将所述NdGaO3单晶衬底置于高温炉中进行退火。
[0030]该步骤中将酸刻蚀后的NdGa03单晶衬底置于高温炉中，在1000°C下进行空气氛围退火2小时，获得原子尺度的表面台阶。
[0031]具体退火程序为:首先，以10°C /min的升温速率从50°C升温到1000°C ;然后在1000°C下保温2小时；接着，以5°C /min的降温速率从1000°C降温到500°C，最后自然降温至20°C，完成退火。退火完成之后取出衬底，再用去离子水清洗表面2分钟，以清洗掉退火过程中从衬底表面析出的颗粒物质。
[0032]需要说明的是，NdGaO3单晶是一种稳定的衬底材料，在高温退火条件下材料可以保持原有的赝立方晶体结构不变，晶面取向仍为(011)方向，为氧化物薄膜的生长提供基础。
[0033]如图1所示，为经过酸刻蚀和退火处理之后，由原子力显微镜测得的NdGaO3(Oll)单晶衬底的表面形貌图。所