[發(fā)明專利]環(huán)境友好半導(dǎo)體材料Mg2Si薄膜的磁控濺射制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010147304.2
• 申請(qǐng)日: 2010-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN101798680A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝泉;肖清泉;張晉敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/06;C23C14/58
• 代理公司: 貴陽(yáng)中新專利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 吳無(wú)懼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種環(huán)境友好半導(dǎo)體材料Mg₂Si薄膜的制備工藝。

背景技術(shù)

Mg₂Si材料不僅具有良好的半導(dǎo)體性能,擁有約0.78?eV的帶隙寬度，而且Si?、Mg元素的資源壽命極長(zhǎng),地層蘊(yùn)藏量大，能循環(huán)利用，對(duì)地球無(wú)污染，屬于環(huán)境友好半導(dǎo)體材料。如今，Mg₂Si作為很有應(yīng)用前景的光電與熱電材料，成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

在現(xiàn)有的環(huán)境友好半導(dǎo)體Mg₂Si薄膜的制備方法中，通常采用分子束外延、離子束濺射等制備方法。分子束外延生長(zhǎng)方法具有可得到高純度、高性能的外延薄膜，精確地控制外延層厚度等優(yōu)點(diǎn)，但其設(shè)備價(jià)格高昂，維護(hù)費(fèi)用高，更重要的是分子束外延生長(zhǎng)方法不適用于工業(yè)化的大規(guī)模批量生產(chǎn)，常用于基礎(chǔ)科研。而離子束濺射方法濺射的薄膜均勻性比較差、鍍膜效率比較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種新的環(huán)境友好半導(dǎo)體材料Mg₂Si薄膜的制備工藝，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的分子束外延生長(zhǎng)方法不適用于工業(yè)化的大規(guī)模批量生產(chǎn)，或離子束濺射方法濺射的薄膜均勻性比較差、鍍膜效率比較低等不足。

為了解決所述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

該方案包括以下過(guò)程：

首先，清洗Si基片；其次，將清洗后的Si基片送入真空磁控濺射系統(tǒng)的濺射室，在Si單晶上沉積Mg膜，形成Si/Mg薄膜結(jié)構(gòu)；最后，將Si/Mg薄膜結(jié)構(gòu)放置于真空退火爐內(nèi)在氬氣氛圍下350-550℃退火3-8小時(shí),形成環(huán)境友好半導(dǎo)體Mg₂Si薄膜。

在濺射Mg膜前，先對(duì)預(yù)先裝在濺射室的Mg預(yù)濺射，去除Mg靶上的氧化物。

退火前對(duì)退火爐抽真空，使其背底真空小于等于10^-3Pa時(shí)往真空退火爐內(nèi)通入氬氣。

退火過(guò)程中，保持退火爐腔體內(nèi)氬氣氣壓為10-10⁴Pa的氬氣氛圍。

采用高真空磁控濺射系統(tǒng)在Si單晶上沉積200-500nmMg膜。

室溫下濺射沉積條件如下：濺射氣壓0.5Pa-3.0?Pa，氬氣流量5sccm-30sccm，濺射功率60W～110?W。

以往，即使有人采用采用高真空磁控濺射方法想制備Mg₂Si薄膜，若選用熱處理方式不對(duì)，也不能制備出Mg₂Si薄膜。而本發(fā)明采用封閉氬氣氛圍下退火方式，制備出了高質(zhì)量的環(huán)境友好半導(dǎo)體Mg₂Si薄膜。因?yàn)榘凑胀ǔＭ嘶鸱绞剑褪遣捎谜婵涨闆r下熱處理，達(dá)到防氧化目的。若制備Mg₂Si薄膜采用真空情況下熱處理，雖防止了氧化，但由于金屬M(fèi)g在高溫下具有揮發(fā)性，所以在熱處理的過(guò)程中Mg揮發(fā)，制備不了Mg₂Si薄膜。本發(fā)明采用的新的熱處理方式，即首先對(duì)退火爐抽真空，抽成高真空，然后往退火爐內(nèi)通入大量氬氣，之后封閉，這樣在封閉的、氬氣氛圍下熱處理，制備了Mg₂Si薄膜。這種熱處理方式，既防氧化又防揮發(fā)。首先對(duì)退火爐抽真空，后又通入氬氣，這樣防氧化；然后封閉退火爐，這樣可以抑制揮發(fā)，制備出Mg₂Si薄膜。

環(huán)境友好半導(dǎo)體Mg₂Si薄膜由地球上儲(chǔ)量極為豐富的Si、Mg兩種元素組成，長(zhǎng)期使用也對(duì)生物體和環(huán)境無(wú)毒無(wú)害，帶隙約0.78eV，屬于新型環(huán)境友好環(huán)境友好半導(dǎo)體材料，可用于環(huán)境友好半導(dǎo)體光電與熱電領(lǐng)域，如太陽(yáng)能電池、紅外探測(cè)器等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的磁控濺射法具有鍍膜層與基片的結(jié)合力強(qiáng)、鍍膜層致密、均勻等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是適用于工業(yè)化的大規(guī)模批量生產(chǎn)。此外，采用封閉、氬氣氛圍熱處理方式，有利于Mg₂Si薄膜的形成。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的500℃、5小時(shí)退火條件下不同濺射功率制備的Mg₂Si薄膜的X射線衍射圖；

圖2-圖7為本發(fā)明的500℃、5小時(shí)退火條件下不同濺射功率制備的Mg₂Si薄膜的掃描電鏡圖；其濺射功率分別為：60W、70W、80W、90W、100W、110W；

圖8為400℃、5小時(shí)退火條件下不同Mg膜厚度的X射線衍射圖；