积腔真空度接近时方可送样，此时沉积室的真空度约为7X 10_6Pa ;将制备的B3C 二元靶材固定在可旋转且转速连续可调的靶材座上，并将经预处理的基片固定在基片托上，将靶材托及基片托送入沉积腔；对基片进行预热，加热到200°C (沉积温度)，打开激光调节激光能量为130mJ，同时控制B3C革E材的转速为3r/min，基片的转速为4r/min,设定沉积时间为15min，控制革E基距为30mm，待基片温度达到沉积温度时开始沉积碳化硼薄膜；沉积结束后关闭挡板、激光、电动马达，最后停止加热，待冷却至50°C以下可取出样品，得所述非均质碳化硼薄膜。
[0033]本实施例制得的碳化硼薄膜的光电子能谱图如图2所示，图谱中可看出B-C键的含量很低，说明硼碳的反应率很低。本实施例衬底表面碳、硼单层相互迀移程度如图3所示，说明薄膜中碳、硼单层厚度越大，相互迀移的程度很小，获得硼、碳层状非均质碳化硼薄膜。
[0034]实施例2
[0035]一种非均质碳化硼薄膜的制备方法，具体步骤如下:
[0036]I)基片预处理:将4英寸的单晶硅(Si)基片放入酒精中超声清洗15min，置于体积比为NH3.H2O: H2O2: H2O = 1:1:5的混合液中在温度80°C下清洗1min,再用HF: H2O =1:50(体积比)的混合液清洗lmin，最后用去离子水冲洗；
[0037]2)靶材的制备:将半径相同的碳和硼扇形单元拼合成一个圆盘形的硼-碳二元革巴，其中扇形碳单元的圆心角为9。=90°，扇形硼单元的圆心角为Θ B= 270°，制备硼碳比为3的二元靶材(B3C)；
[0038]3)脉冲激光沉积:将脉冲激光沉积装置的换样室提前破真空，使用油泵、分子泵依次抽真空直至与沉积腔真空度接近时方可送样，此时沉积室的真空度约为7X 10_6Pa ;将制备的B3C 二元靶材固定在可旋转且转速连续可调的靶材座上，并将经预处理的基片固定在基片托上，将靶材托及基片托送入沉积腔；对基片进行预热，加热到300°C (沉积温度)，打开激光调节激光能量为130mJ，同时B3C革E材的转速为9r/min，基片转速为5r/min，设定沉积时间为30min，控制靶基距为40mm，待基片温度达到沉积温度时开始沉积碳化硼薄膜，沉积结束后关闭挡板、激光、电动马达，最后停止加热，待冷却至50°C以下可取出样品，得所述非均质碳化硼薄膜。
[0039]本实施例制得的碳化硼薄膜的光电子能谱图如图4所示，图谱中可看出B-C键的含量相比于图2有所增大，说明硼碳的反应率提高。本实施例衬底表面碳、硼单层相互迀移程度如图5所示，可以看出碳、硼单层较厚，相邻单层有轻微扩散，在扩散区域结合生成B-C键，获得无明显界面的梯度非均质碳化硼薄膜。
[0040]实施例3
[0041]一种非均质碳化硼薄膜的制备方法，具体步骤如下:
[0042]I)基片预处理:将4英寸的单晶硅(Si)基片放入酒精中超声清洗15min，然后置于体积比为NH3.H2O:H2O2:H2O = 1:1:5的混合液中在温度80°C下清洗lOmin，再用HF:H2O=1:50(体积比)的混合液清洗lmin，最后用去离子水冲洗；
[0043]2)靶材的制备:将半径相同的碳和硼扇形单元拼合成一个圆盘形的硼-碳二元革巴，其中扇形碳单元的圆心角为9。=90°，扇形硼单元的圆心角为Θ B= 270°，制备硼碳比为3的二元靶材(B3C)；
[0044]3)脉冲激光沉积:将脉冲激光沉积装置的换样室提前破真空，使用油泵、分子泵依次抽真空直至与沉积腔真空度接近时方可送样，此时沉积室的真空度约为7X 10_6Pa ;将制备的B3C 二元靶材固定在可旋转且转速连续可调的靶材座上，并将经预处理的基片固定在基片托上，将靶材托及基片托送入沉积腔；对基片进行预热，加热到400°C (沉积温度)，打开激光调节激光能量为130mJ，同时控制B3C靶材的转速为18r/min，基片的转速为6r/min,设定沉积时间为45min，控制革E基距为50mm，待基片温度达到沉积温度时开始沉积碳化硼薄膜；沉积结束后关闭挡板、激光、电动马达，最后停止加热，待冷却至50°C以下可取出样品，得所述碳化硼薄膜。
[0045]本实施例制得的碳化硼薄膜的光电子能谱图如图6所示，图谱中可看出B-C键的含量很高，说明硼碳的反应率增高。本实施例衬底表面碳、硼单层很薄，相互迀移程度增大，硼与碳更易结合生成B-C键，更易获得组分接近均质的非均质碳化硼薄膜。
[0046]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种修改和变化，凡在本发明的精神和原则内所做的任何修改，等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种非均质碳化硼薄膜的制备方法，其特征在于，采用脉冲激光沉积技术，以硼-碳二元靶为靶材，通过控制硼-碳二元靶材的旋转速率，制得所述的非均质碳化硼薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硼-碳二元靶为由半径相同的硼、碳扇形单元拼合而成的圆盘状二元靶，其中扇形碳单元的圆心角为，扇形硼单元的圆心角为 ΘΒ，Θ c+ θ Β= 360。ο
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 1)基片预处理:将基片进行羟基化处理，然后依次经氢氟酸溶液刻蚀和水清洗，得沉积基片； 2)脉冲激光沉积:将硼-碳二元靶和处理好的基片分别固定在脉冲激光沉积装置的靶材托和基片托上，在真空条件下进行脉冲激光沉积，控制基片与二元靶的转速，冷却得所述的非均质碳化硼薄膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述靶材托和基片托可旋转且转速连续可调。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中基片的转速为3?10r/min，革E材的转速为3?30r/min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述ΘB与Θ。的比值为X，X取自1/11 ?11/1。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述脉冲激光沉积温度为100?500 °C，沉积时间为10?60min。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述脉冲激光沉积过程中，真空条件的真空度为7X 10_6Pa，激光能量为130mJ，靶基距为30?50mm。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的羟基化处理步骤为:将基片置于体积比为NH3 -H2O:H202:H2O = 1:1:5的混合液中，在温度80°C下清洗1min ;所述的刻蚀步骤在体积比为HF = H2O = 1:50的混合液中清洗Imin。
【专利摘要】本发明公开了一种非均质碳化硼薄膜的制备方法，采用硼、碳组成硼-碳二元靶材，利用脉冲激光沉积技术(PLD)制备碳化硼薄膜。脉冲激光沉积系统中，硼-碳二元靶材的旋转速率可控，随着靶材旋转速率的增加，硼与碳更易结合形成硼碳键(B-C)，通过改变硼-碳二元靶材的旋转速率，控制硼和碳原子的反应率，从而控制所得非均质碳化硼薄膜中硼碳键的比例；同时改变二元靶材中硼碳组分的比例，实现靶材的组成对所得碳化硼薄膜结构组成的控制。本发明可有效解决传统的PLD技术制备碳化硼薄膜结构、成分单一的技术瓶颈。
【IPC分类】C23C14-06, C23C14-28
【公开号】CN104831234
【申请号】CN201510190417
【发明人】涂溶, 孙清云, 章嵩, 张联盟
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月21日