[发明专利]功能化的Si基板表面制备图案化BiFeO3薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁传感器以及电容-电感一体化器件用BiFeO₃薄膜，特别是一种在功能化的(111)Si基板表面制备图案化BiFeO₃薄膜的方法。

背景技术

铁电磁性材料是一种因为结构参数的有序而导致铁电性和磁性共存并且具有磁电耦合性质的材料。近年来，一种新型的铁磁电材料BiFeO₃引起了人们极大的兴趣。BiFeO₃具有三方扭曲的简单钙钛矿结构，室温下同时具有两种结构有序，即铁电有序(TC＝810℃)和G型反铁磁有序(TN＝380℃)，是少数室温下同时具有铁电性和磁性的单相铁磁电材料之一。BiFeO₃可由电场产生磁场，同时磁场也可以诱发电极化，此性质被称为磁电效应。这种磁和电的相互控制在信息存储、自旋电子器件方面，磁传感器以及电容-电感一体化器件等方面都有着极其重要的应用前景，使其成为磁电材料的重要候选材料之一。

微米和纳米尺度上结构和性质的微加工或图案化成为当代科学和技术的中心，许多现代技术发展的机会都来源于新型微观结构的成功构造或现有结构的小型化，尤其在微电子领域，人们已经开始将图案化表面材料用作高密度磁性存储介质。光刻技术是一种被广泛应用的基于自上而下微加工策略的图案化技术，它是通过曝光、腐蚀等技术实现器件结构图形的转移，以获得规则性、功能性的结构图形的一种成熟的表面图案化技术，在现代制造业，尤其是大规模集成电路制造中发挥着不可替代的作用。从原理上讲，只要使用的波长足够短、刻蚀技术的分辨率足够高，就有可能在基片上制造出线宽足够窄的目标图形，即纳米电子器件。而BiFeO₃材料作为重要的铁磁电材料，其图案化制备具有潜在的应用价值。

自组装单层膜(self-assembled monolayers，SAMs)是指某些含有特定活性基团的分子在某些固体基底(例如Si基底)表面上发生化学吸附而得到的二维规则排列的单分子膜。能形成自组装膜层的体系很多，例如脂肪酸单分子膜、有机硅衍生物单分子膜和有机硫化物单分子膜等。自组装单层膜具有制备简单、有序程度高、常温下膜层对溶剂的稳定性好等有点。而且通过改变组装分子的结构(例如烷基链的长度和端基等)，还可以很方便地对膜层的有序程度、厚度及化学、物理和生物等性质进行控制。

目前用于制备BiFeO₃薄膜的方法有很多，如化学气相沉积法(CVD)、磁控溅射法(rfmagnetron sputtering)、金属有机物沉积法(MOD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、液 相沉积法(LPD)、分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)等。相比其他方法，Sol-gel方法由于不需要昂贵的真空设备，适宜在大的表面和形状不规则的表面上制备薄膜，以及化学组分精确可控等优点而被广泛用来制备铁电材料，但是对于采用溶胶-凝胶法与自组装单层膜技术相结合，在(111)Si基板上制备BiFeO₃图案化薄膜的研究报导还未见到，因此很有研究的价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种功能化的Si基板表面制备图案化BiFeO₃薄膜的方法，该方法结合溶胶-凝胶法和光刻自组装单层膜技术在(111)Si基板表面制备图案清晰的BiFeO₃薄膜，通过本方法可以制备出表面致密均一、边缘轮廓清晰、与基底结合牢固的图案化BiFeO₃薄膜。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种功能化的Si基板表面制备图案化BiFeO₃薄膜的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)：选用Si基片为基底，将切割好的Si基片分别超声波清洗，吹干，并将洁净的Si基片置于紫外光照射仪中照射10-20min；