清洁和热处理规程是一个关键的两步过程，旨在使氧化镁 (MgO) 衬底达到原子级别的清洁度。通过结合超声波溶剂清洗和高温加热，您可以去除有机污染物、吸附的水分和残留的氧化物，否则这些污染物会破坏界面的晶体结构。
核心要点：成功的外延生长完全依赖于衬底表面的质量。此规程不仅仅是“清洁”；它旨在暴露原始的 MgO(111) 晶格，为高质量氮化钪 (ScN) 薄膜的成核提供理想的模板。
两阶段制备规程
此过程分为化学清洗阶段和热处理阶段。每个阶段都针对特定类型的表面污染。
第一阶段：超声波化学清洗
初始阶段涉及机械和化学作用，以去除表面有机物。衬底使用特定的溶剂序列进行超声波清洗：洗涤剂、丙酮和乙醇。
此步骤对于去除储存或处理过程中积累的油污、灰尘和松散的有机颗粒至关重要。
第二阶段：高温真空加热
化学清洗后，将衬底置于真空室中并加热至900 °C。此热处理步骤可去除溶剂无法清除的污染物。
具体而言，这种高温可去除吸附的水分和化学键合到表面的残留氧化物。
这对 ScN 外延生长为何重要
此规程的最终目标是促进异质外延生长。如果衬底未正确制备，沉积的薄膜将无法与衬底的晶体结构对齐。
实现原子级别的清洁度
外延生长要求沉积的原子能够直接“看到”衬底原子。即使是一层氧化物或碳，也可能充当屏障，使薄膜与衬底分离。
900 °C 的真空处理可确保表面达到原子级别的清洁度，消除晶格匹配的障碍。
创造理想的成核条件
对于 ScN 薄膜，特别是在MgO(111) 平面上，初始成核位点决定了整个薄膜的质量。
原始表面可最大限度地减少界面处的缺陷。这可确保 ScN 薄膜复制 MgO 模板的晶体顺序，从而获得高质量的单晶薄膜。
常见陷阱和注意事项
区分一般的衬底清洁与 ScN 在 MgO 上的特定要求至关重要。
真空退火与空气退火
虽然某些衬底（如蓝宝石）可能受益于空气退火以诱导原子重排，但此规程明确要求真空条件。
在真空中加热 MgO 可防止表面重新氧化，同时热解吸污染物。在非真空环境下尝试此步骤可能会对 ScN 生长的表面化学产生不利影响。
残留氧化物的风险
未能达到 900 °C 的目标温度通常会导致残留氧化物清除不完全。
如果氧化物残留，它们会在衬底上形成“死点”。这会导致 ScN 薄膜以多晶或非晶结构生长，而不是所需的理想外延结构。
如何将此应用于您的项目
在准备进行 ScN 沉积时，请根据您的薄膜质量要求调整方法：
- 如果您的主要重点是高保真单晶生长：严格遵守 900 °C 真空加热步骤，以确保清除所有残留氧化物，实现完美的晶格对齐。
- 如果您的主要重点是去除大块污染物：确保超声波清洗顺序（洗涤剂、丙酮、乙醇）彻底进行，因为仅热处理无法去除重质有机残留物。
遵守此严格的规程可将 MgO 衬底从简单的支撑结构转变为高质量的晶体生长活性模板。
总结表：
| 制备阶段 | 操作/方法 | 目标污染物 | 对 ScN 生长的作用 |
|---|---|---|---|
| 第一阶段：化学 | 超声波（洗涤剂、丙酮、乙醇） | 油污、灰尘和有机物 | 去除表面碎屑和处理残留物 |
| 第二阶段：热处理 | 900 °C 真空加热 | 吸附的水分和残留氧化物 | 实现原子级别的清洁度以进行晶格匹配 |
| 最终结果 | 原始 MgO(111) 表面 | 零碳/氧化物单层 | 单晶外延的理想成核位点 |
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