[發(fā)明專利]一種磁控濺射摻雜ZnO基薄膜的制備方法

無效

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• 申請日: 2010-01-15
• 公開（公告）號: CN101768728A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬曉翠;呂有明;柳文軍;曹培江;朱德亮;賈芳;黃保;李清華;盛國浩;葉家聰;向恢復(fù)
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/54;C23C14/58
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功能薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁控濺射摻雜生長ZnO基薄膜的方法。

背景技術(shù)

ZnO薄膜是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，常溫下的禁帶寬度為3.37eV，其激子束縛能高達(dá)60meV，具有優(yōu)異的光電、壓電及介電特性，無毒性，原料易得且廉價(jià)，被認(rèn)為是最有潛力的紫外、藍(lán)光的激光器發(fā)光材料。本征的ZnO通常呈現(xiàn)出n型半導(dǎo)體特征，但其載流子濃度較低，若要獲得足夠高的載流子濃度，則需要對其進(jìn)行摻雜。在不同的摻雜中，具有代表性的摻雜體系有：鋁摻雜ZnO(Al-doped?ZnO，簡稱AZO)薄膜，被認(rèn)為是ITO(Sn-doped?indium?oxide，簡稱ITO)薄膜的最佳替代材料；過渡金屬摻雜ZnO，可獲得居里溫度高于室溫的稀磁性半導(dǎo)體；Mg摻雜的MgxZn_1-xO合金薄膜在紫外探測上有重大應(yīng)用意義。近年來ZnO薄膜逐漸成為半導(dǎo)體光電功能材料與器件的研究熱點(diǎn)之一。

磁控濺射鍍膜是制備ZnO基薄膜使用最廣泛的方法之一。然而利用磁控濺射技術(shù)制備氧化物薄膜，目前尚缺少有效的摻雜手段。通常情況下，濺射生長某一特定組分的薄膜，需事先制備與之相對應(yīng)的濺射靶材，如若制備組分變化的薄膜，則需制備一系列與之相對應(yīng)的靶材，這不僅提高了研究成本，同時(shí)也限制了薄膜組分的靈活調(diào)整。這是濺射方法制備薄膜所面臨的一個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于采用亞分子分層摻雜技術(shù)，解決濺射鍍膜過程中的摻雜問題，生長制備摻雜的ZnO基薄膜。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

亞分子(原子)層分層摻雜技術(shù)的原理是：通過計(jì)算機(jī)程序控制ZnO靶和雜質(zhì)元素靶(例如：Co、Al和Mg)靶的濺射時(shí)間，交替生長ZnO薄膜和雜質(zhì)元素層。為使雜質(zhì)在ZnO薄膜中均勻分布，雜質(zhì)元素的生長濺射時(shí)間應(yīng)盡可能的短，所生成的非連續(xù)膜的厚度為亞分子量級，故稱為亞分子層分層摻雜技術(shù)，為使雜質(zhì)分布均勻，樣品通常需經(jīng)高溫退火處理。

本發(fā)明所提供的磁控濺射摻雜生長ZnO基薄膜的方法，包括步驟：

1)分別將ZnO靶材和摻雜源元素靶材放置在反應(yīng)室射頻靶位與直流或電磁靶位，靶材放置的位置與襯底之間的距離為65-80mm；

2)將襯底放置在樣品托內(nèi)固定后，由磁力傳動桿逐一傳送至磁控濺射裝置反應(yīng)室，并安放在旋轉(zhuǎn)盤的樣品庫中，反應(yīng)室抽真空至壓力低于1×10^-4Pa，以氧氣和氬氣為濺射氣氛，將兩種氣體輸入緩沖室，并在緩沖室充分混合后引入真空反應(yīng)室，在1～3Pa壓強(qiáng)、襯底溫度為室溫下，進(jìn)行濺射生長；

3)通過預(yù)先設(shè)定的程序，選定樣品位并調(diào)整射頻靶位與直流或電磁靶位的濺射時(shí)間，以交替生長ZnO薄膜和摻雜元素層；

4)生長結(jié)束后，將摻雜生長的ZnO基薄膜在真空、空氣或氮?dú)鈿夥罩校?00℃-800℃下退火30-60分鐘。通常Si和石英基片退火溫度為800℃保溫時(shí)間30分鐘，玻璃基片退火溫度為400℃保溫時(shí)間60分鐘。退火完畢后，待樣品自然冷卻至室溫后取出。

上述磁控濺射摻雜生長ZnO基薄膜的制備方法中，在所述步驟3)預(yù)先設(shè)定的程序中，ZnO與摻雜元素的濺射時(shí)間、沉積速率、摻雜濃度之間滿足下述函數(shù)關(guān)系：

m₁＝ρ₁v₁t₁S，

m₂＝ρ₂v₂t₂S，

x(wt%)=m2m2+m1*100%,]]>