[發明專利]一種在釔摻雜氧化鋯襯底上制備立方結構氧化銦單晶薄膜的方法

無效

• 申請號: 201010141341.2
• 申請日: 2010-04-08
• 公開（公告）號: CN101792901A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 馬瑾;孔令沂;欒彩娜
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40;C23C16/455
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種立方結構氧化銦單晶薄膜的制備方法，屬于半導體光電子材料技術領域。

背景技術

具有立方結構的氧化銦(In₂O₃)是一種寬禁帶半導體材料，室溫下帶隙寬度約為3.7eV，而且具有制備溫度低、物理化學性能穩定等優點。目前氧化銦薄膜材料主要用于薄膜太陽能電池和平面顯示等器件的透明電極，高質量的氧化銦單晶薄膜是制備透明和紫外光電子器件的重要材料。

當前用常規方法制備氧化銦薄膜存在如下問題：

(1)磁控濺射和反應蒸發等傳統方法制備的氧化銦透明導電薄膜目前已得到廣泛的應用，主要用作透明光電子器件的窗口材料。本征的氧化銦為n型半導體材料，而常規方法制備的氧化銦薄膜一般為多晶結構，薄膜內部存在大量的缺陷和晶粒間界，對載流子的散射作用較強，使得載流子遷移率偏低。

(2)由于多晶氧化銦存在大量氧空位缺陷及晶粒間界的氧吸附作用，致使該材料的穩定性受到很大地影響。

(3)用分子束外延(MBE)和脈沖激光淀積(PLD)方法雖然可以在與氧化銦晶格相匹配的襯底材料上制備出氧化銦單晶外延薄膜，但生長速率慢、成膜面積小，不適于工業化生產。

中國專利文件CN101311357A(200810014907.8)提供了一種“一種氧化銦單晶外延薄膜的制備方法”，采用有機金屬化學氣相淀積工藝，在真空條件下在藍寶石(α-Al₂O₃)襯底上外延生長氧化銦單晶薄膜，薄膜的載流子遷移率達30cm²V^-1S^-1，在室溫光致發光譜測量試驗中觀測到帶間躍遷產生的發光。但，該發明的不足之處是具有六角結構的α-Al₂O₃襯底C面有三個等價的方向，因此外延生長的單晶薄膜中不可避免地會出現孿晶和疇結構，使得薄膜的載流子遷移率下降。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種高質量的氧化銦單晶外延薄膜的制備方法。

一種立方結構氧化銦單晶薄膜的制備方法，采用有機金屬化學氣相淀積(MOCVD)工藝，以三甲基銦[In(CH₃)₃]為有機金屬源，用氮氣作為載氣，用氧氣作為氧化氣體，用有機金屬化學氣相淀積設備在襯底上外延生長氧化銦單晶薄膜；其特征在于，所述襯底為釔摻雜氧化鋯(YSZ)(100)晶面，工藝條件如下：

反應室壓強????20～60Torr，

生長溫度??????600～750℃，

背景N₂流量????200～500sccm，

有機金屬源溫度????????10～25℃，

有機金屬源瓶壓力??????100～500Torr，

有機金屬源載氣N₂流量??15～40sccm，

氧氣流量??????????????30～80sccm。

在上述制備工藝條件下氧化銦單薄膜的外延生長速率為0.5～1.2nm/min。

以上所述釔摻雜氧化鋯晶體，釔摻雜量為10-15mol％。市場有售。

進一步優選的，上述的工藝條件如下：

反應室壓強????????????30-50Torr，

生長溫度??????????????600-700℃，

背景N2流量????????????300-500sccm，

有機金屬源溫度????????10-25℃，

有機金屬源瓶壓力??????150-350Torr，

有機金屬源載氣N₂流量??20-35sccm，

氧氣流量??????????????40-70sccm。

在上述工藝條件下，氧化銦單薄膜的外延生長速率為0.6～1.0nm/min。

最優選的，上述的工藝條件如下：

反應室壓強??40Torr，

生長溫度????650℃，

背景N₂流量??450sccm，

有機金屬源溫度18℃，

有機金屬源瓶壓力240Torr，

有機金屬源載氣N₂流量25sccm，

氧氣流量50sccm。

在上述優選工藝條件下，氧化銦單晶薄膜的生長速率為0.6-0.8nm/分鐘。

本發明的立方結構氧化銦單晶薄膜的制備方法，操作步驟如下：