具有原子级平整表面的衬底的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有原子级平整表面的衬底的制备方法，该方法包括以下步骤：提供相同材料的至少两个预处理衬底，每个所述预处理衬底具有至少一抛光面；将所述至少两个预处理衬底层叠设置形成一层叠结构体，其中，相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面相对且完全重叠设置；将所述层叠结构体放置在高温炉里进行退火处理后，分离所述层叠结构体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜的外延生长领域，尤其涉及一种具有原子级平整表面的衬底的制备方法。
技术介绍
薄膜外延生长领域用的衬底，例如中国专利CN103184513A中记载的用于生长高温超导薄膜的SrTiO3衬底，对衬底表面的平整度要求较高。为了获得高质量的外延生长薄膜，现有技术会事先对衬底的表面进行处理。例如，处理钙钛矿类衬底（如钛酸锶SrTiO3，NdGaO3）和氯化钠类衬底（如MgO）的常用方法是将衬底预先清洗后（例如，将衬底放置在丙酮、异丙醇及超纯水中超声处理），有些衬底如SrTiO3，必需经过热水浴和稀酸浸泡以获得预处理衬底，之后将预处理衬底放置在高温退火炉中，在气体氧气气氛保护下升到高温1100℃，停留约3小时退火，使预处理衬底表面原子迁移提高衬底表面的平整度。但在实际应用中，预处理衬底在退火过程中易析出衬底自身具有的杂质、并生成非单一终止面。例如，当采用现有方法制备SrTiO3衬底时，获得的SrTiO3衬底会形成大量氧化锶（SrO）终止面与氧化钛（TiO2）终止面混杂，而不会形成大面积单一的氧化钛（TiO2）终止面，因薄膜生长对终止面敏感，某些表面将无法实现外延生长，导致薄膜质量不均一。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种工艺简单、易于实现、可控性好的具有原子级平整表面的衬底的制备方法。一种具有原子级平整表面的衬底的制备方法，该方法包括以下步骤：提供相同材料的至少两个预处理衬底，每个所述预处理衬底具有至少一抛光面；将所述至少两个预处理衬底层叠设置形成一层叠结构体，其中，相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面相对且完全重叠设置；将所述层叠结构体放置在高温炉里进行退火处理后，分离所述层叠结构体。相对于现有技术，本专利技术提供的具有原子级平整表面的衬底的制备方法具有以下有益效果：将相邻的至少两个预处理衬底的抛光面相对且完全重叠设置，形成一层叠结构体，并将该层叠结构体放置在高温炉里进行退火处理，由于相邻的两个预处理衬底的抛光面因完全重叠且接触设置，相邻的两个抛光面贴合在一起几乎接触不到气体，使一个预处理衬底的抛光面的外侧是与之相邻的预处理衬底的体相，进而每个抛光面内外侧的物质组份的梯度差不再存在，体相物质向抛光面处的迁移被抑制，也就抑制了物质向气态的蒸发，可以防止抛光面上自身杂质的析出，并且在抛光面能够形成单一终止面。另外，由于相邻的两个预处理衬底的抛光面在退火过程中完全重叠且接触设置，从而减少了气氛中杂质颗粒对抛光面的污染。本专利技术提供的具有原子级平整表面的衬底的制备方法工艺简单、易于实现且可控性好。附图说明图1是本专利技术实施例提供的具有原子级平整表面的衬底的制备方法的流程图。图2是本专利技术实施例1具有原子级平整表面的SrTiO3衬底和对比例1处理后的SrTiO3衬底的（001）表面反射高能电子谱（RHEED）图的对比图。图3是本专利技术实施例1具有原子级平整表面的SrTiO3衬底的原子力显微镜（AFM）图。图4是对比例1处理后的SrTiO3衬底的AFM图。图5是本专利技术实施例2具有原子级平整表面的MgO衬底的AFM图。图6是对比例2处理后的MgO衬底的AFM图。图7是本专利技术实施例3具有原子级平整表面的NdGaO3衬底的AFM图。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供具有原子级平整表面的衬底的制备方法作进一步的详细说明。请参阅图1，本专利技术实施例提供了一种具有原子级平整表面的衬底的制备方法，该方法包括以下步骤：S10，提供相同材料的两个预处理衬底，每个所述预处理衬底具有至少一抛光面；S20，将该两个预处理衬底层叠设置形成一层叠结构体，其中，两个所述预处理衬底的所述抛光面相对且完全重叠设置；S30，将所述层叠结构体放置在高温炉里进行退火处理后，分离所述层叠结构体，获得两个具有原子级平整表面的衬底。所述步骤S10中，每个所述预处理衬底具有至少一抛光面，所述抛光面为所述预处理衬底用于形成原子级平整的表面。所述抛光面为一平滑表面，所述抛光面的表面粗糙度最大可为几十纳米。优选地，所述抛光面的表面粗糙度可为0.5nm~1.5nm，具有所述粗糙度的所述抛光面，有利于形成原子级平整表面。只要保证S20中相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面能够完全重叠设置，即相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面的形状且面积相对应，所述衬底的形状不限，可根据实际需要选择。本实施例中，所述抛光面的表面粗糙度为0.5nm~1.5nm。所述衬底为长方体，所述抛光面为长方形。所述预处理衬底可为与水不反应的且需要形成具有原子级平整表面的薄膜外延生长用衬底。例如，所述预处理衬底可为钙钛矿类衬底和氯化钠类衬底。其中，所述钙钛矿类衬底可为钛酸锶（SrTiO3）衬底、镓酸钕（NdGaO3）衬底、钛酸钙（CaTiO3）衬底或铝酸镧（LaAlO3）衬底。所述氯化钠类衬底可为氧化镁（MgO）衬底。在一实施例中，可进一步包括清洗初始衬底以获得所述步骤S10中的所述预处理衬底的步骤。具体地，可采用现有技术中的常用方法对初始衬底进行清洗，例如，可将所述初始衬底依次放置在具有丙酮、异丙醇、纯水的容器内对所述初始衬底进行超声处理进行清洗。在另一实施例中，对于某些材料，特别是钙钛矿类（ABO3）的初始衬底，可进一步包括对该清洗后的所述初始衬底进行热水浴和/或稀酸浸泡的步骤，以获得所述步骤S10中的所述预处理衬底。在此步骤中，热水能和AO层反应结合为AO的水合物，稀酸可以去除该AO水合物，剩下BO2层用于形成原子级平整表面。具体地，当所述钙钛矿类衬底为SrTiO3衬底时，可将清洗后的SrTiO3衬底通过热水浴和稀酸浸泡进行预处理，去除SrTiO3衬底表面的能够与稀酸反应的氧化锶（SrO）层，剩下氧化钛（TiO2）层用于形成原子级平整表面。所述热水的温度为90℃～100℃之上。所述稀酸可为现有技术中浸泡所述初始衬底的常用稀酸，如，稀盐酸、氢氟酸等。所述稀酸的浓度为5%~37%。本实施例中，采用浓度为10%盐酸浸泡所述初始衬底。所述步骤S20中，两个所述预处理衬底可通过以下方式层叠设置形成所述层叠结构体：S21，将两个所述预处理衬底完全浸没在溶剂中；以及S22，将两个所述预处理衬底的所述抛光面在所述溶剂中相对且完全重叠设置，形成所述层叠结构体。所述步骤S21中，所述溶剂为纯度高、在后续的退火过程中可蒸发且不与所述预处理衬底反应的溶剂。所述溶剂的纯度为99.9%～99.999%。本实施例中，所述溶剂为纯水。可以以电阻值表示所述纯水的纯度，优选地，所述纯水的电阻值为18.3兆欧/厘米(MΩ/cm)以上。所述步骤S21中，只要能够使两个所述预处理衬底完全浸泡在所述溶剂中即可，例如，可以将两个所述预处理衬底放置在装有所述溶剂的容器中。优选地，将两个所述预处理衬底浸没在所述溶剂中后，可进一步包括一清洗两个所述预处理衬底的所述抛光面的步骤。所述预处理衬底的所述抛光面在放置在溶剂之前在空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有原子级平整表面的衬底的制备方法，该方法包括以下步骤：S10，提供相同材料的至少两个预处理衬底，每个所述预处理衬底具有至少一抛光面；S20，将所述至少两个预处理衬底层叠设置形成一层叠结构体，其中，相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面相对且完全重叠设置；以及S30，将所述层叠结构体放置在高温炉里进行退火处理后，分离所述层叠结构体。

【技术特征摘要】
1.一种具有原子级平整表面的衬底的制备方法，该方法包括以下步骤：
S10，提供相同材料的至少两个预处理衬底，每个所述预处理衬底具有至少一抛光面；
S20，将所述至少两个预处理衬底层叠设置形成一层叠结构体，其中，相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面相对且完全重叠设置；以及
S30，将所述层叠结构体放置在高温炉里进行退火处理后，分离所述层叠结构体。
2.如权利要求2所述的具有原子级平整表面的衬底的制备方法，其特征在于，所述抛光面的表面粗糙度为0.5nm~1.5nm。
3.如权利要求1所述的具有原子级平整表面的衬底的制备方法，其特征在于，所述步骤S20包括以下步骤：
S21，将所述至少两个预处理衬底浸泡在溶剂中；
S22，将相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面在所述溶剂中相对且完全重叠设置，形成所述层叠结构体。
4.如权利要求3所述的具有原子级平整表面的衬底的制备方法，其特征在于，所述溶剂为纯水，所述纯水的电阻率18.3MΩ/cm以上。
5.如权利要求3所述的具有原子级平整表面的衬底的制备方法，其特征在于，相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面间具有一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周冠宇，王立莉，马旭村，薛其坤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11