單晶襯底的處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及襯底材料技術領域，特別是涉及一種NdGa03單晶襯底的處理方法。
【背景技術】
[0002]過渡金屬氧化物表現出豐富多彩的物理現象，具有非常大的應用潛力，比如高溫超導的無耗散電輸運等。過渡金屬氧化物薄膜材料，是研宄過渡金屬氧化物的重要內容。
[0003]為了生長過渡金屬薄膜，襯底是必不可少的。NdGaO3，就是一種常用商業單晶襯底。它具有贗立方(pseudocubic)的晶體結構，可看做NdO層和GaO層沿著c軸方向交替堆垛而成。商家在生產(011)晶面時，即是贗立方結構表示下的(OOl)p晶面，往往會不可避免的偏離一個小角度(即斜切角，如0.3° )。這樣將導致NdGa03襯底不具有單一終結面，即表面同時存在NdO和GaO兩種面，而且這兩種面分別呈長方形帶狀大致在表面交替排列。然而，這種混合的終結面對外延生長薄膜材料是非常不利的，一方面會影響薄膜生長初期的應力生長，降低薄膜的平整度，進而極大的影響薄膜質量；另一方面使界面復雜化，引入不需要的外來雜質載流子到外延薄膜中，導致外延薄膜物性尤其是界面的物理不可控。
[0004]因此，提供一種NdGa03單晶襯底的處理方法是本領域技術人員需要解決的課題。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種NdGaO3單晶襯底的處理方法，用于解決現有技術中NdGaO3單晶襯底不適合生長高質量氧化物薄膜材料的問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種NdGaO#晶襯底的處理方法，所述處理方法至少包括:
[0007]I)提供一待處理的制6&03單晶襯底，所述待處理的NdGaO 3單晶襯底表面是由NdO層和GaO層構成的混合終結面；
[0008]2)將所述待處理的NdGaO^晶襯底進行酸刻蝕，使所述NdGaO 3單晶襯底表面初步形成由GaO層構成的單一終結面；
[0009]3)將所述NdGaO3單晶襯底置于高溫爐中進行退火，獲得具有原子尺度表面臺階的GaO單一終結面。
[0010]作為本發明NdGaO3單晶襯底的處理方法的一種優化的方案，所述步驟2)中進行酸刻蝕的過程為:首先，配置酸溶液；然后，將待處理的NdGaO3單晶襯底置于酸溶液中浸泡39?41秒，所述NdGa03單晶襯底表面的NdO層和所述酸溶液發生化學反應而溶解。
[0011]作為本發明NdGaO3單晶襯底的處理方法的一種優化的方案，所述酸溶液的配置過程為:先將配置質量濃度為40%的氫氟酸，之后將所述氫氟酸與氟化銨以及去離子水以(0.9?1.1): (2.9?3.1): (99.5?100.5)的體積比混合，形成酸溶液。
[0012]作為本發明NdGaO3單晶襯底的處理方法的一種優化的方案，所述步驟3)中進行退火的過程為:首先，以8?12°C /min的升溫速率從50°C升溫到950°C?1050°C ;然后在950°C?1050°C下保溫1.5?2.5小時；接著，以4?6°C/min的降溫速率從950°C?1050°C降溫到500°C，最后自然降溫至20°C，完成退火。
[0013]作為本發明NdGaO3單晶襯底的處理方法的一種優化的方案，在所述空氣氛圍中進行退火的溫度范圍為1000°C?1050°C。
[0014]作為本發明NdGaO3單晶襯底的處理方法的一種優化的方案，在所述空氣氛圍中進行退火的時間范圍為2?2.5小時。
[0015]作為本發明NdGaO3單晶襯底的處理方法的一種優化的方案，所述NdGaO3單晶襯底在進行處理前后均為贗立方晶體結構。
[0016]作為本發明NdGaO3單晶襯底的處理方法的一種優化的方案，所述NdGaO3單晶襯底為(011)晶面。
[0017]如上所述，本發明的NdGa03單晶襯底的處理方法，包括步驟:首先提供一待處理的制6&03單晶襯底，所述待處理的NdGaO 3單晶襯底表面是由NdO層和GaO層構成的混合終結面；然后將所述待處理的NdGaO3單晶襯底進行酸刻蝕，使所述NdGaO 3單晶襯底表面初步形成由GaO層構成的單一終結面；最后將所述NdGaO3單晶襯底置于高溫爐中進行退火工藝，獲得具有原子尺度表面臺階的GaO單一終結面。通過本發明的處理方法可以將混合終結面的NdGa03單晶襯底轉變為GaO單一終結面的襯底，并且襯底表面具有原子尺度的臺階，有利于后續生長出更為平整、可控且質量更好的氧化物薄膜材料。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明NdGaO3單晶襯底經過處理后的原子力顯微照片。
【具體實施方式】
[0019]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0020]請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0021]實施例一
[0022]本實施例提供一種NdGa03單晶襯底的處理方法，所述處理方法包括如下步驟:
[0023]步驟一、提供一待處理的NdGaO3單晶襯底。
[0024]本實施例中，待處理的NdGaO3單晶襯底由商業途徑購買獲得，該待處理的NdGaO 3單晶襯底具有贗立方晶體結構，需要處理的表面為(011)晶面。所述NdGaO3單晶襯底表面是由NdO層和GaO層構成的混合終結面，即待處理的制6&03單晶襯底表面同時存在NdO和GaO兩種面，這兩種面分別呈長方形帶狀大致在表面交替排列。
[0025]步驟二、對所述待處理的NdGaO3單晶襯底進行酸刻蝕處理。
[0026]酸刻蝕處理的具體步驟為:首先，配置酸溶液，先將配置質量濃度為40%的氫氟酸(即100克溶液中有40克氫氟酸)，之后將所述氫氟酸與氟化銨以及去離子水以1:3:100的體積比混合，形成酸溶液；然后，將待處理的NdGaO3單晶襯底置于酸溶液中浸泡40秒，使所述NdGa03單晶襯底表面的NdO層和所述酸溶液發生化學反應而溶解。
[0027]具體發生的化學方程式為:2HF+ (NdO)1+— H 20+ (NdF2)1+
[0028]本步驟中配置的酸溶液只與襯底表面的NdO層發生化學反應，反應生成可溶于水的(NdF2)1+，而酸溶液不與GaO層發生化學反應，這樣，在NdGaO3單晶襯底表面僅留下沒發生反應的GaO，初步形成由GaO層構成的單一終結面，臺階面初步形成。
[0029]步驟三、將所述NdGaO3單晶襯底置于高溫爐中進行退火。
[0030]該步驟中將酸刻蝕后的NdGa03單晶襯底置于高溫爐中，在1000°C下進行空氣氛圍退火2小時，獲得原子尺度的表面臺階。
[0031]具體退火程序為:首先，以10°C /min的升溫速率從50°C升溫到1000°C ;然后在1000°C下保溫2小時；接著，以5°C /min的降溫速率從1000°C降溫到500°C，最后自然降溫至20°C，完成退火。退火完成之后取出襯底，再用去離子水清洗表面2分鐘，以清洗掉退火過程中從襯底表面析出的顆粒物質。
[0032]需要說明的是，NdGaO3單晶是一種穩定的襯底材料，在高溫退火條件下材料可以保持原有的贗立方晶體結構不變，晶面取向仍為(011)方向，為氧化物薄膜的生長提供基礎。
[0033]如圖1所示，為經過酸刻蝕和退火處理之后，由原子力顯微鏡測得的NdGaO3(Oll)單晶襯底的表面形貌圖。所