MgO的湿法清洁

　　引言

　　我们华林科纳研究了溶剂和清洗剂的湿法清洗工艺对沉积氧化镁(001)衬底表面化学性质的影响。比较了使用溶剂和洗涤剂的六种不同的湿法清洗工艺。通过示例系统ScN研究了对薄膜生长的影响。用X射线光电子能谱研究了清洗表面的表面化学，用飞行时间二次离子质谱研究了薄膜生长后的薄膜/基底界面。表面的成分取决于湿法清洗工艺。与所有其他工艺的氢氧化物/碳酸盐污染表面相比，溶剂前在洗涤剂中超声处理产生纯氧化物表面。退火步骤对于去除碳污染物以及大部分氢氧化物或碳酸盐是有效的。对薄膜/基底界面的研究表明，湿法清洗工艺显著影响最终界面和薄膜质量。用洗涤剂清洗后再用溶剂清洗的基材在退火前、退火后显示出最干净的基材表面，也显示出最清晰的膜/基材界面。

　　实验

　　样品的制备

　　在任何实验之前，将尺寸为10×10 mm2的MgO衬底和衬底单独密封并储存在干燥器中。标记为REF的参考样品仅用氮气吹扫。在溶剂中的不同超声波处理用于湿法清洗过程，并在氮气流下干燥，最后:丙酮(10分钟)+异丙醇(10分钟)

　　(标注为AI)；丙酮(10分钟)+乙醇(10分钟)(标有AE)；庚烷(10分钟)+丙酮(10分钟)+乙醇(10分钟)(标记为HAE)。本研究中使用的肥皂/清洁剂是按照推荐比例(2体积%)稀释的II。一种II碱性浓缩洗涤剂(K3PO4 15-30%，阴离子表面活性剂< 15%，非阴离子表面活性剂< 5%)是一种用于清洗试管的商用清洗液，广泛用于清洗玻璃基板。成分相似或出于相同目的销售的洗涤剂应产生与本研究中观察到的效果相似的效果。用超声波在洗涤剂中洗涤底物3分钟，随后在去离子水中漂洗5分钟两次(标记为D)。最后，洗涤剂和溶剂的组合用于洗涤剂“方法”，接着是丙酮10分钟，然后是乙醇10分钟(标记为DAE)。在基底压力为10-8托的沉积室中，在700℃/2h的退火步骤之前，使用相同的湿法清洗程序。为了评估对薄膜生长的影响，通过DC磁控溅射在120瓦、0.27帕(2毫托)总压、25 %N2和950℃的衬底温度下工作75分钟，在氧化镁(001)衬底上沉积了150纳米厚的氮化硅薄膜。在沉积之前，通过上述不同的湿法清洗程序清洗衬底，随后在真空(10-8托)下以700℃/2h原位退火。为了简洁和可读性，18个样本使用缩写，列于表2.样品的清洗在不同表征之前进行，清洗和插入XPS和ToF-西姆斯室或接触角测量之间的时间最短(< 3分钟)(样品保持密封在盒子中以便运输)。为了保持清洁和分析之间时间限制，并避免表面上的任何更多污染，采用了新的基底，并对研究的三个部分(湿法清洁/退火/沉积)重复清洁。

　　飞行时间二次离子质谱(ToF-西姆斯)

　　膜中的元素分布通过飞行时间二次离子质谱(ToF-西姆斯)使用ToF测量.模拟人生五号仪器(德国离子飞行时间有限公司)。通过交替施加分析束和溅射束(非交错)，在正负二次离子模式下完成双束深度分布。这里，作为溅射时间的函数，监测选定的正的相应负二次离子种类。在剖面测量过程中，低能电子注入被用于电荷补偿。

　　讨论

　　氧化镁(001)衬底的湿法清洗处理 略

　　湿法清洗后MgO(001)衬底的原位退火处理 略

　　原位退火氧化镁衬底上ScN薄膜的沉积 略

　　结果

　　推荐的清洗工艺取决于薄膜沉积和应用的要求。然而，使用在洗涤剂中超声处理，随后在丙酮和乙醇中超声处理的清洁过程，在湿法清洁后产生了具有纯氧化物的最干净的表面。这个过程也是唯一一个在退火后呈现纯氧化物表面的过程，而另一个过程导致表面最干净，在表面具有单层氢氧化物。最后，在不同的清洗过程中，在ScN薄膜沉积的情况下，在洗涤剂中的超声处理以及随后在溶剂中的超声处理导致了最尖锐的膜/基底界面。

 

　　审核编辑：鄢孟繁