[發(fā)明專利]一種MgZnO薄膜的制備設(shè)備系統(tǒng)和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110261182.4
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102560360A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃豐;鄭清洪;陳達貴;湛智兵;丁凱;黃瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種MgZnO合金薄膜的制備設(shè)備系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

目前紫外探測器廣泛應(yīng)用于火焰探測，導(dǎo)彈預(yù)警，太空通訊，紫外線檢測等領(lǐng)域。寬禁帶半導(dǎo)體的制備的探測器具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，響應(yīng)快，符合國防和太空技術(shù)的發(fā)展的需求，受到越來越多的關(guān)注。目前制備紫外探測器，主要使用AlGaN三元合金材料和MgZnO三元合金材料。

MgZnO三元合金材料，由于其具有較高的激子復(fù)合能，制備的紫外探測器具有更高的響應(yīng)度受到越來越多的重視。MgZnO三元合金薄膜可以通過MgO和ZnO的混合陶瓷靶制備，然而該方法制備的MgZnO薄膜的各元素組分由陶瓷靶的元素組分所決定，無法調(diào)節(jié)MgZnO薄膜中的各元素組分。所以更多的是采用另一種方法制備MgZnO薄膜，即通過MgO陶瓷靶和ZnO陶瓷靶共濺的方法，或Mg金屬靶和Zn金屬靶在O₂氣氛中共濺的方法制備MgZnO薄膜。

傳統(tǒng)具有多個濺射電極的磁控濺射設(shè)備，設(shè)計的初衷是基于多層膜的生長，即一個濺射電極負(fù)責(zé)生長一層膜，所以基片架到各個濺射電極的距離并不相等，如中國專利(公開號：CN?101720493?A)。用這樣的設(shè)備生長MgZnO三元合金薄膜，容易導(dǎo)致MgZnO薄膜中的各組分在襯底平面上不均勻，表現(xiàn)為同一MgZnO外延膜上某一區(qū)域的Mg組分高于預(yù)期值，而另一區(qū)域的Mg組分卻低于預(yù)期值。

此外，傳統(tǒng)的真空鍍膜設(shè)備，包括磁控濺射設(shè)備，基片架上設(shè)計成放置多個襯底，基片架在轉(zhuǎn)動過程中，襯底繞著腔體的中軸線旋轉(zhuǎn)，如中國專利(專利號：ZL?97111504.4)。因此襯底并不處于中軸線上，無法保證生長過程中襯底到兩個濺射電極的距離始終相等，所以也無法保證MgZnO三元合金薄膜中各組分的均勻性。已有文獻報道的磁控濺射生長MgZnO薄膜，Mg的組分高于40％的會出現(xiàn)相結(jié)構(gòu)分離，因此制備的紫外探測器響應(yīng)度都很小，器件整體較低。特別是Mg組分高于50％的MgZnO薄膜相結(jié)構(gòu)分離更明顯，所制備的日盲型探測器，響應(yīng)度只能達到10mA/W左右，這樣的器件無法在軍事上應(yīng)用。

綜上所述，傳統(tǒng)的磁控濺射設(shè)備不是針對三元合金薄膜設(shè)計，所以無法生長出組分均勻的MgZnO三元合金薄膜，進而會影響制備的紫外探測器的性能。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于傳統(tǒng)磁控濺射設(shè)備無法生長組分均勻的MgZnO三元合金薄膜，造成MgZnO薄膜質(zhì)量較差、均勻性低，制備的日盲型紫外探測器響應(yīng)度低的缺陷。本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備高均勻性的MgZnO三元合金薄膜的磁控濺射系統(tǒng)及其使用方法，以獲得組分均勻，具有單一六方相的高質(zhì)量MgZnO三元合金薄膜。

本發(fā)明在傳統(tǒng)的MgZnO薄膜的生長模式上做了很大改進，其要點是：

在設(shè)備上對傳統(tǒng)的磁控濺射設(shè)備做了改進：

a.基片架上處于腔體中軸線上，只有一個襯底托，襯底托位于基片架中心。

b.兩個濺射電極對稱分布在腔體中軸線的兩側(cè)，且方向正對著基片架中心。

c.設(shè)備配有電子槍，用于生長薄膜前對襯底進行活化。

d.設(shè)備配有混氣室，用以保證濺射氣體Ar和反應(yīng)氣體O₂均勻混合。

在生長方法上優(yōu)化：

a.通過控制濺射電極的功率，控制生長速度。

b.通過控制兩個濺射電極的功率，控制MgZnO薄膜中Mg和Zn組分的比例。

本發(fā)明和傳統(tǒng)的MgZnO合金薄膜生長設(shè)備和方法相比，可以有效提高MgZnO合金薄膜的均勻性，提高成膜質(zhì)量，進而提高由此制備的紫外探測器的性能。發(fā)明的詳細(xì)說明敘述如下：

參見附圖1，生長腔(1)為不銹鋼材料制成的圓柱形腔體，真空系統(tǒng)(2)用于生長前抽空生長腔(1)內(nèi)氣體，并用于保持工作壓力。基片架(3)位于生長腔(1)頂部，并處于中軸線上。兩個濺射電極(4)、(5)分別裝有Mg金屬靶和Zn金屬靶，用于提供MgZnO合金薄膜的Mg源和Zn源。濺射電極(4)、(5)位于生長腔(1)底部，對稱地分布在腔體中軸線兩側(cè)，方向正對著基片架中心，濺射電極(4)和(5)到基片架(3)之間的距離相等，即兩個濺射電極(4)、(5)和基片架(3)構(gòu)成一個等腰三角形。生長時，基片架(3)上僅放置一個襯底，且該襯底位于基片架的正中心，由此襯底在旋轉(zhuǎn)過程中不會偏離中軸線位置，可以保證生長MgZnO薄膜中各組分均勻，不會發(fā)生偏差。