[发明专利]一种类光栅结构复合NTC热敏薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种类光栅结构复合NTC热敏薄膜的制备方法。该方法在衬底上生长两种或多种NTC热敏薄膜，不同薄膜以条纹形式生长构成类光栅结构，通过调整薄膜种类和条纹宽度，实现调控NTC薄膜电学性能的目标。该制备一方面，可避免先制备多相复合源材料或靶材，再以此为基本材料制备获得复合薄膜的过程中因为源材料或靶材相分布不均匀而造成薄膜一致性差的问题；另一方面，可避免复合薄膜异质生长过程中因晶格失配或热膨胀系数不匹配而产生界面缺陷，进而导致薄膜质量下降的问题。具有制备工艺简单、成本低、性能可控的优势，可推广至半导体、传感器等领域。

技术领域

本发明涉及二维材料的制备和温度传感领域，具体涉及一种类光栅结构复合NTC热敏薄膜的制备方法。

背景技术

温度传感器作为温度实时测量器件，是现代化信息社会中的电子五官之一，在人民生产和生活中发挥了非常重要的作用。随着我国逐步朝向物联网普及和数字化社会发展，以热敏薄膜为核心材料来构建集成化和智能化温度传感器的研究工作也逐渐成为热点。单一材料体系的热敏薄膜在性能上存在诸多局限性，比如测温灵敏度高但温域较窄等问题。复合材料因可将多种不同物质以不同方式组合，从而可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。常见的复合陶瓷薄膜的获得方式有两种，但是均存在不足之处。第一种方案是先制备多相复合源材料或靶材，再以此为基本材料制备获得复合薄膜。但是靶材在复合的过程中常使用物理研磨法，通常会造成源材料或靶材相分布不均匀，进而造成薄膜一致性差的问题。第二种方案是通过使用不同靶材在衬底上进行多层薄膜生长达到复合的目的。但是复合薄膜异质生长过程中因晶格失配或热膨胀系数不匹配而产生界面缺陷，进而出现薄膜质量下降的问题。

为了解决上述问题，本发明提出将在原有叠层复合薄膜的思路借鉴基础上，推陈出新地提出类光栅结构复合NTC热敏薄膜的制备方法。该方法利用交叉条纹设计方式，让两种或两种以上的相材料以条纹相间的方式进行复合交叠生长，不仅避免了不同相薄膜生长过程中界面异质失配的问题，同时也可通过控制条纹的尺寸、数量及薄膜种类改变复合薄膜的最终性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种类光栅结构复合NTC热敏薄膜的制备方法，该方法在衬底上生长两种或多种NTC热敏薄膜，不同薄膜以条纹形式生长构成类光栅结构，通过调整薄膜的种类和条纹宽度，实现调控NTC薄膜电学性能的目标。一方面，该方法避免了提前制备复合靶材导致相一致性差以及多层薄膜生长中晶格失配，热膨胀系数差异大的问题；另一方面，采用类光栅结构掩模版生长复合薄膜，简化了相复合的步骤，可以通过简单的靶材更换实现不同元素的融合，极大的节省了实验时间，增强了实验精度。具有制备工艺简单、成本低、性能可控的优势，可推广至半导体、薄膜等领域。

本发明所述的一种类光栅结构复合NTC热敏薄膜的制备方法，按下列步骤进行：

a、衬底清洗：依次分别采用丙酮、无水乙醇、去离子水和无水乙醇对衬底(1)进行超声清洗，每次清洗时间分别为各10-30min，清洗后用高纯干燥氮气对衬底(1)表面进行吹干处理，其中衬底为氧化硅、石英玻璃、氟金云母或氧化锆，其中氟金云母衬底(1)采用丙酮和无水乙醇对氟金云母衬底进行浸泡，时间各60分钟；

b、NTC热敏薄膜生长：根据类光栅结构设计参数为光栅间宽度为100nm-10mm，光栅高度为3mm-25mm，按常规方法制备掩模版(2)，将掩模版(2)底部覆盖一级衬底(1)置于磁控溅射设备的衬底托盘内，采用直流磁控溅射进行第一种NTC热敏薄膜(3)的生长，生长功率10-50W，生长气压10^-1-5Pa，衬底(1)生长温度50-500℃，生长时间10-60min，生长后对NTC热敏薄膜在管式炉中进行退火处理，退火温度500-900℃，退火时间30-60min，升降温为3-10℃/min，退火气氛为空气或氧气，其中掩膜版为不锈钢或聚四氟乙烯；NTC热敏薄膜为MnCoNiO系、LaMnO系或LaZrO系；