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CN105742477B - 一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀方法 - Google Patents

一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀方法 Download PDF

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CN105742477B CN201610039854.XA CN201610039854A CN105742477B CN 105742477 B CN105742477 B CN 105742477B CN 201610039854 A CN201610039854 A CN 201610039854A CN 105742477 B CN105742477 B CN 105742477B
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魏劲松
魏涛
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Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
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Abstract

本发明公开了一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀方法，包括以下步骤：在玻璃基片上用磁控溅射的方法镀上一层Sb2Te3热电材料薄膜；采用激光对所制Sb2Te3热电材料薄膜进行直写式激光曝光热作用；采用刻蚀液对激光热作用的薄膜进行选择性湿法刻蚀。本发明的湿法刻蚀方法，具有操作简单、成本低廉、刻蚀速率可控、刻蚀精度高等优点。该湿法刻蚀方法可以用于微纳结构制造，热传感器，热电制冷器件，太阳能电池，相变存储器等领域中的Sb2Te3微纳图形结构加工工艺，促进该热电薄膜在上述领域的应用。

Description

一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀方法
技术领域
本发明涉及一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀方法。
背景技术
Sb2Te3热电材料薄膜是一种窄带半导体薄膜，具有优异的室温热电性能，长期以来被公认为是最好的热电材料之一，目前大多数热电制冷元件都采用这种材料，在温差电制冷和温差发电方面具有广泛的应用前景。与此同时，Sb2Te3还是一种典型的相变材料，在相变存储器，微纳结构制造领域具有重要的应用。然而在现有的技术中还没有针对Sb2Te3热电材料薄膜的湿法刻蚀方法。因而，开发一种高精度的湿法刻蚀工艺对于Sb2Te3热电材料薄膜应用和产业化具有重要的意义。
Sb2Te3薄膜在激光曝光热作用后产生非晶态向晶态的转变，并且在NaOH溶液中，晶态与非晶态具有不同的刻蚀速率，从而可以通过激光直写式曝光热作用的方法在 NaOH溶液中进行湿法刻蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀的方法，使用NaOH溶液作为刻蚀液，利用Sb2Te3薄膜在激光曝光热作用后产生非晶态向晶态的转变，晶态与非晶态在NaOH溶液中具有不同的刻蚀速率而达到选择性湿法刻蚀的目的。该方法具有操作简单、成本低廉、刻蚀速率可控、刻蚀精度高等优点，可望用于微纳结构制造，热传感器，热电制冷器件，太阳能电池，相变存储器等领域中的Sb2Te3微纳图形结构加工工艺。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀的方法，包括以下步骤：
(a)在玻璃基片上用磁控溅射的方法镀上一层Sb2Te3热电材料薄膜；
(b)利用激光器对所述的Sb2Te3热电材料薄膜进行直写式曝光热作用；
(c)采用刻蚀液对激光曝光热作用的热电材料薄膜进行湿法刻蚀：将所述的Sb2Te3热电材料薄膜置于刻蚀液中，依据薄膜所需刻蚀深度选择刻蚀时间，当刻蚀深度为0-50nm,所需刻蚀时间为0-3h。其中对于激光曝光热作用区域，当刻蚀时间超过1h后，刻蚀速率约为6nm/h；而对于激光未曝光热作用区域，刻蚀速率约0.2nm/h，两者的选择刻蚀比高达30。利用该Sb2Te3热电材料薄膜激光作用区域和激光未作用区域在刻蚀液中的刻蚀速度不同，可以进行湿法刻蚀。
所述的热电材料薄膜为Sb2Te3薄膜。
所述的刻蚀液为氢氧化钠溶液，其摩尔浓度为0.1mol/L。
本发明的技术效果：
本发明通过NaOH溶液对Sb2Te3薄膜激光作用晶化区域与激光未作用非晶化区域的选择性湿法刻蚀，能够制备平整、陡直、形貌清晰的微纳浮雕结构，其刻蚀速率可控，刻蚀精度高。
附图说明
图1是本发明一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀的方法流程示意图；
图2是Sb2Te3薄膜经激光曝光热作用前后的XRD图谱；
图3是Sb2Te3薄膜在0.1mol/L的NaOH溶液中的刻蚀特性图；
图4是采用0.1mol/L的NaOH溶液刻蚀Sb2Te3薄膜后的原子力显微镜(AFM)三维扫描形貌图。
具体实施方式
下面结合附图说对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀的方法包括步骤：
(a),在玻璃基片上用磁控溅射的方法镀上一层Sb2Te3热电材料薄膜，膜厚度为80nm；
(b)，采用波长为405nm的激光器对所述的Sb2Te3热电材料薄膜进行直写式曝光热作用，激光曝光热作用前后的Sb2Te3薄膜的XRD图谱如图2所示，由图我们可以知道，激光直写曝光热作用后的区域发生了非晶态向晶态的转变；
(c),采用摩尔浓度为0.1mol/L的NaOH溶液对经激光曝光热作用后的Sb2Te3薄膜进行湿法刻蚀，刻蚀时间为90min,刻蚀完成后用去离子水冲洗，然后烘干，得到微纳结构图。
将刻蚀完成的微纳结构图通过原子力显微镜(AFM)扫描成像可以得到三维扫描形貌图，如图4所示。由图所示，可以看出该方法刻蚀完成后的微纳浮雕结构形貌清晰，结构平整、陡直，其中激光曝光热作用区域的线条宽度约为1.182μm,高度约为37.28nm。

Claims (3)

1.一种Sb2Te3热电材料薄膜湿法刻蚀方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a)在玻璃基片上用磁控溅射的方法镀上一层Sb2Te3热电材料薄膜；
b)利用激光器对所述的Sb2Te3热电材料薄膜进行直写式曝光热作用；
c)采用刻蚀液对激光曝光热作用后的Sb2Te3热电材料薄膜进行湿法刻蚀，将经过激光热作用的区域腐蚀去除，留下激光未作用的区域。
2.根据权利要求1所述的湿法刻蚀方法，其特征在于所述的步骤c)湿法刻蚀的具体步骤如下：
将所述的Sb2Te3热电材料薄膜置于刻蚀液中，依据薄膜所需刻蚀深度选择刻蚀时间，当刻蚀深度为0-50nm,所需刻蚀时间为0-3h，对于激光曝光热作用区域，当刻蚀时间超过1h后，刻蚀速率为6nm/h,对于激光未曝光热作用区域，刻蚀速率为0.2nm/h，两者的选择刻蚀比为30。
3.根据权利要求1所述的湿法刻蚀方法,其特征在于所述的步骤c)中刻蚀液为氢氧化钠溶液，摩尔浓度为0.1mol/L。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1624873A (zh) * 2004-12-21 2005-06-08 中国科学院上海光学精密机械研究所 光刻用硫化物半导体掩膜
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