專利名稱：一種采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備碲化鉍合金薄膜的方法，特別是一種采用共 濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法。
(二)
背景技術(shù)：
用半導體熱電材料制備的熱電器件，具有小型化、重量輕、無噪 聲、不使用傳熱介質(zhì)、無污染等優(yōu)點，在熱電發(fā)電及制冷領(lǐng)域具有巨
大的應(yīng)用前景。碲化鉍(Bi2Te3)化合物及其固溶體合金是研究最早 也是最成熟的熱電材料之一，室溫下其塊體材料的最佳熱電優(yōu)值約為 1，目前大多數(shù)熱電致冷元件均采用這類材料。由于碲化鉍塊體材料 熱電優(yōu)值較低，所以熱電材料的熱電轉(zhuǎn)化效率較低；而其低維結(jié)構(gòu)則 具有更高的熱電優(yōu)值，熱電轉(zhuǎn)換效率更高，所以碲化鉍薄膜材料的研 究成為當前熱電研究領(lǐng)域的熱點。
制備碲化鉍薄膜的方法很多，如真空蒸發(fā)沉積法、脈沖激光沉積 法、金屬有機物氣相沉積法、電沉積法、溶膠凝膠法、分子束外延法 和濺射沉積法等，其中由于濺射沉積法工藝簡單、沒有廢液廢氣排放、 薄膜質(zhì)量高、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，成為一種優(yōu)選的碲化鉍薄膜制 備方法。然而在采用碲化鉍作為濺射靶材時，由于鉍(Bi)和碲(Te) 的濺射率不同，以及Bi和Te的飽和蒸氣壓相差4-5個數(shù)量級，以至 于濺射沉積的薄膜成分與靶材成分出現(xiàn)較大的偏差；而碲化鉍的熱電 性能與成分密切相關(guān)，所以在使用碲化鉍靶濺射沉積薄膜時往往得不 到符合化學計量比的薄膜，因而不能滿足生產(chǎn)的需要。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述制備技術(shù)中的缺點，提供一種操作簡單 且質(zhì)量可靠的采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案
一種采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法，在磁控濺射 儀上實施，其特征在于將高純碲片作貼片靶，用導電膠粘貼于高純 鉍標準靶上，以此復合靶作為濺射耙材進行共同濺射；高純碲片為園 形，直徑為標準靶材半徑的30-50%,數(shù)量3-6片，均布于標準靶上;
以單晶硅片作為薄膜襯底，置于濺射靶臺對面；其工藝參數(shù)為本底
真空度高于1.0X10—3 Pa、工作氬氣壓力0. 2-3 Pa、靶基距4-10 cm、 基片臺旋轉(zhuǎn)每分鐘5-15圈、薄膜襯底溫度100-300 nC、濺射電源功 率20-100 W、退火溫度200-300 。C、退火時間0. 5-2小時。
一種上述采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法，其特征 在于高純碲片為方形，邊長為標準靶材半徑的30-50 %，數(shù)量3-6 片，均布于標準靶上。
一種上述采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法，其特征 在于用高純碲片作標準耙，用高純鉍片作貼片耙。
一種上述采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法，其特征
在于以石英片或玻璃片作為薄膜襯底。
本發(fā)明的優(yōu)點是通過改變標準靶材上貼片耙的面積大小和數(shù)
量多少，可以很容易地調(diào)整沉積薄膜的成分；逐漸增加或者減少貼片
靶材覆蓋在標準靶材上的面積，即可實現(xiàn)沉積薄膜成分的連續(xù)變化， 而不必每改變一次成分都重新制作一個相應(yīng)成分的標準耙；尤其對于
濺射化合物靶沉積的薄膜成分有較大差別，以及探索最佳成分摻雜量 來說，該方法簡單、可操作性強、產(chǎn)品質(zhì)量可靠、重現(xiàn)性好。 具體實施方式
實施例 一種采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法，在 磁控濺射儀上實施，其工藝步驟如下
1) 將4個直徑12ram、厚lram的高純碲片，均布粘貼于直徑60 mm的高純鉍靶上，并且使碲片中心位于以鉍耙圓心為圓心，直徑30 mm 的圓環(huán)上，上述粘貼形成的復合耙作為共濺射耙材，并以碲片面向基 片臺固定于濺射靶臺之上；
2) 以單晶硅片(100)作為薄膜襯底；
3) 將真空室抽真空至真空度高于3X10—5 Pa，調(diào)整閘板閥，然 后向真空室中充入高純氬氣，并維持氬氣在1.0Pa，將Si基片置于 反濺臺上進行反濺清洗10分鐘；
4) 反濺清洗完成后關(guān)閉氬氣，將基片重新置于樣品臺上并打開 加熱電源，將基片加熱至200 。C;
5) 重新向真空室充入氬氣，調(diào)節(jié)氣體流量計使氬氣壓力穩(wěn)定在
0.5 Pa;調(diào)整濺射模式至正濺，調(diào)整靶基距為7 cm;打開射頻濺射 電源，濺射輸出功率為30W，預濺射15min;打開基片臺旋轉(zhuǎn)電源， 調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度為10 rpm;然后打開基片臺與濺射靶臺之間的擋板開 始正式濺射沉積薄膜；30分鐘后關(guān)閉濺射電源和氬氣，繼續(xù)保溫一 小時；然后以3-5 T/min的速度降至室溫；
6)按順序關(guān)閉閘板閥、分子泵、機械泵，打開放氣閥向真空室 中緩慢沖入空氣，待真空室中氣壓與大氣壓力平衡以后打開真空室， 取出樣品，完成鍍膜。
對根據(jù)本方法在單晶硅基片上共濺射沉積制得的碲化鉍薄膜進 行XRD測試(設(shè)備為Philips PW1700 CoKa ，入=1. 7,7 A)， 結(jié)果表明所有的衍射峰與BiJe3的標準衍射峰位一致，而單質(zhì)Bi 和Te的衍射峰并沒有出現(xiàn)，顯然根據(jù)本發(fā)明制備的薄膜已經(jīng)完全合 金化，而不是以簡單的機械混合形式存在的，即共濺射單質(zhì)Bi和Te 可以形成碲化鉍合金薄膜；利用Sirion 200場發(fā)射掃面電鏡(加速 電壓為5kV)對該薄膜的截面進行測試，結(jié)果表明在硅片上沉積的 碲化鉍薄膜厚度為300 nm，表面光滑平整，無氣孔夾雜等缺陷，斷 面致密均勻，薄膜質(zhì)量優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法，在磁控濺射儀上實施，其特征在于將高純碲片作貼片靶，用導電膠粘貼于高純鉍標準靶上，以此復合靶作為濺射靶材進行共同濺射；高純碲片為園形，直徑為標準靶材半徑的30-50％，數(shù)量3-6片，均布于標準靶上；以單晶硅片作為薄膜襯底，置于濺射靶臺對面；其工藝參數(shù)為本底真空度高于1.0×10-3Pa、工作氬氣壓力0.2-3Pa、靶基距4-10cm、基片臺旋轉(zhuǎn)每分鐘5-15圈、薄膜襯底溫度100-300℃、濺射電源功率20-100W、退火溫度200-300℃、退火時間0.5-2小時。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜 的方法，其特征在于高純碲片為方形，邊長為標準耙材半徑的30-50 %，數(shù)量3-6片，均布于標準靶上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釆用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜 的方法，其特征在于用高純碲片作標準靶，用高純鉍片作貼片靶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金 薄膜的方法，其特征在于以石英片或玻璃片作為薄膜襯底。
全文摘要
一種采用共濺射沉積法制備碲化鉍合金薄膜的方法，在磁控濺射儀上實施，將高純碲片用導電膠粘貼于高純鉍標準靶上，以此復合靶作為濺射靶材進行共同濺射；以單晶硅片作為薄膜襯底；其工藝參數(shù)為本底真空度高于1.0×10^-3Pa、工作氬氣壓力0.2-3Pa、靶基距4-10cm、基片臺旋轉(zhuǎn)每分鐘5-15圈、薄膜襯底溫度100-300℃、濺射電源功率20-100W、退火溫度200-300℃。本發(fā)明的優(yōu)點是通過改變標準靶材上貼片靶的大小和數(shù)量，可很容易地調(diào)整沉積薄膜的成分；尤其對于濺射化合物靶沉積的薄膜成分有較大差別，以及探索最佳成分摻雜量來說，該方法簡單、可操作性強、產(chǎn)品質(zhì)量可靠、重現(xiàn)性好。
文檔編號C23C14/35GK101168836SQ200610016269
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者范洪濤 申請人:國家納米技術(shù)與工程研究院