薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机功能薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种负热膨胀材料 Sc2Mo3O12薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着温度的变化体积发生"热缩冷胀"的材料为负热膨胀材料。A具012(A = Sc，Yb，In，Y，等；M = W，Mo)系列负热膨胀材料以其优异的性能近些年来得到快速发展。 Sc2Mo3O12是该系列中一种优良的负热膨胀化合物，其在-178K至1053K的温度范围内负热 膨胀系数为-3. 79 X 10 6K 1。这一优良特性使该负热膨胀材料既可以单独使用，也可以用于 制备复合材料，从而精确控制材料的膨胀系数，其在微电子学、光学、光线通讯系统及日常 生活有着广泛的应用前景。目前关于负热膨胀Sc2Mo3O12材料的相关研究报道主要集中在其 粉体、陶瓷以及与其相关的复合材料的制备方法、负热膨胀的机理和相关性能研究，而关于 负热膨胀材料Sc2Mo3O12薄膜材料的研究鲜有报道。近些年来负热膨胀薄膜材料的研究刚刚 起步，相关负热膨胀薄膜材料的研究报道主要集中在AM2O8系列负热膨胀材料的ZrW 208薄 膜，研究发现AM2O8系列的负热膨胀薄膜均存在热处理温度高、需要淬火、相变和负热膨胀 响应温度范围窄等诸多缺陷使其难以投入到实际应用中。与此同时，对于高品质负热膨胀 薄膜的应用需求却日益迫切。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种负热膨胀材料Sc2M03O 1J^膜的制备方法，是利用脉冲 激光沉积法制备负热膨胀材料Sc2Mo3O12薄膜。
[0004] 一种负热膨胀材料Sc2Mo3O1^膜的制备方法，采用脉冲激光法制备负热膨胀 Sc2Mo3O12薄膜，具体步骤为：
[0005] 1、靶材制备：
[0006] 以Sc2O3和MoO 3为原料，按照摩尔比为1 :3分别称重混料，放在酒精中球磨12~ 24h后，，将球磨混合后原料在60~100°C烘箱中烘干，用玛瑙研钵研磨0. 5~lh，然后加入 占前驱体总质量3~5%的聚乙烯醇，研磨使混合均匀，然后在50-150MPa下冷压成型，经 500°C排胶0. 5~lh，在750~1150°C高温烧结6~24h，随炉冷却后得到Sc2Mo3O12陶瓷靶 材；
[0007] 2、对石英基片采用常规工艺进行清洗和活化处理；
[0008] 3、脉冲激光沉积制备Sc2Mo3O12薄膜：
[0009] 将步骤2清洗的石英基片和步骤1制备的Sc2Mo3O 12陶瓷靶材分别安放于脉冲激 光沉积真空仓内，将真空室预抽至LOXlO4Pa,然后真空室内通入高纯氧气的压强为2~ 20Pa，沉积过程中，聚焦后激光能量密度为300~500mJ/cm2,脉冲宽度为5~30ns，脉冲频 率为5Hz，基片与靶材之间的距离为4~6cm，衬底温度为室温到900°C之间，沉积时间20~ 60min ；
[0010] 4、薄膜的后热处理：
[0011] 将镀有薄膜的基材取出，利用快速退火炉在750~1150°C热处理3~15分钟后降 至室温，即可得到纯的Sc2Mo3O12薄膜。
[0012] 上述制备方法中，步骤1中Sc2O3和MoO 3原料：玛瑙球：酒精的质量比为1:3:1. 5。
[0013] 上述制备方法中，步骤2的石英基片清洗方法为：将石英基片在H2S04:H 202:H20 = 1:1:2的溶液中超声清洗5min，倒掉酸液，用去离子水清洗，用丙酮超声清洗5min，然后将 清洗后的石英基片浸在无水乙醇溶液中以备待用，在将衬底送入真空之前，用高纯氮气将 衬底表面吹干。
[0014] 上述制备方法中，步骤3薄膜沉积过程中，沉积前在石英基片上用铜掩片遮盖一 部分基片，沉积薄膜后形成台阶，以便采用台阶仪测量其厚度。
[0015] 采用X射线衍射仪（XRD)对薄膜进行物相结构进行分析；采用扫描电子显微镜 (SEM)观察薄膜的表面形貌；用表面粗糙轮廓仪检测薄膜的厚度。
[0016] 本发明的优点在于：利用脉冲激光沉积法制备的Sc2Mo3O 12薄膜，具有热处理温 度低且工艺简单、避免了 AM2O8系列的负热膨胀薄膜的高温淬火，所以薄膜质量了明显提 高，可以从附图2 Sc2Mo3O12薄膜的SEM图中看出，制备的多晶膜平滑致密，未见裂纹。且 Sc2Mo3O1J^膜负热膨胀响应温度范围宽，从室温到其熔点范围内均表现为稳定良好的负热 膨胀性能。而且沉积的Sc2Mo3O12薄膜和靶材的化学成分保持良好的一致性，同时逸出粒子 具有较大的能量有利于薄膜生长，制备薄膜质量高，纯度高，从附件图I Sc2Mo3O12薄膜的 XRD图中看出：制备的Sc2M03Oj^膜不含任何杂质峰。
【附图说明】
[0017] 图1为热处理后的Sc2Mo3O12薄膜XRD图。
[0018] 图2为热处理后Sc2Mo3O1^膜表面形貌图（SEM)。
【具体实施方式】
[0019] 所用原料为：Sc2O3 (分析纯）、MoO3 (分析纯）。
[0020] 脉冲激光沉积法制备负热膨胀Sc2Mo3O12薄膜，下面结合实例对本发明作进一步的 描述。
[0021] 实施例1 :
[0022] 1、靶材制备：
[0023] 以Sc2O3和MoO3为原料，按照摩尔比为1 :3分别称重混料，放在酒精中球磨12后， 将球磨混合后原料在60°C烘箱中烘干，用玛瑙研钵研磨0. 5h，然后加入占前驱体总质量 3 %的聚乙烯醇，研磨使混合均匀，然后在50MPa下冷压成型，经500°C排胶0. 5h，在750°C高 温烧结6h，随炉冷却后得到Sc2Mo3O12陶瓷靶材；
[0024] 2、对石英基片采用常规工艺进行清洗和活化处理；
[0025] 将石英基片在H2S04:H20 2:H20 = 1:1:2的溶液中超声清洗5min，倒掉酸液，用去离 子水清洗，用丙酮超声清洗5min，然后将清洗后的石英基片浸在无水乙醇溶液中以备待用， 在将衬底送入真空之前，用高纯氮气将衬底表面吹干；
[0026] 3、脉冲激光沉积制备Sc2Mo3O12薄膜：
[0027] 将步骤2清洗的石英基片和步骤1制备的Sc2M03OJlg瓷靶材分别安放于脉冲激光 沉积真空仓内，将真空室预抽至1.0 X 10 4Pa，然后真空室内通入高纯氧气的压强为2Pa，沉 积过程中，聚焦后激光能量密度为300mJ/cm2,脉冲宽度为5ns，脉冲频率为5Hz，基片与靶材 之间的距离为4cm，衬底温度为300°C，沉积时间30min ;
[0028] 4、薄膜的后热处理：
[0029] 将镀有薄膜的基材取出，利用快速退火炉在750°C热处理15分钟后降至室温，即 可得到纯的Sc2Mo3O12薄膜。
[0030] 实施例2 :
[0031] 1、靶材制备：