[發明專利]一種生長單相外延m面ZnOS三元合金薄膜的方法

有效

• 申請號: 201510147291.1
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN104831241B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 何云斌;黎明鍇;丁雅麗;張蕾;尚勛忠;常鋼;李派
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/06
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司11335
• 代理人: 吳甘棠

技術領域

本發明涉及ZnOS薄膜技術領域，具體而言，涉及一種生長單相外延m面ZnOS三元合金薄膜的方法。

背景技術

ZnO作為新一代寬禁帶半導體，在紫外光探測器、透明電極、表面聲波器件、傳感器等方面都有著廣泛的應用。ZnO的能帶工程一直是研究的熱點。

2004年B.K.Meyer等用反應濺射法在玻璃和c面藍寶石上沉積得到c軸取向的極性面ZnOS薄膜，并得到ZnOS帶隙隨S含量呈二次曲線變化。對于極性面ZnOS的生長技術如PLD方法在近年來已日趨成熟。近年來，非極性面ZnO基半導體由于其克服了斯塔克效應，能大大提高量子阱的內量子效率而成為研究熱點，而m面ZnO由于其生長過程中易出現(),(0002),()等雜相而使得其研究得到限制。

對于m面ZnOS三元合金薄膜，想要對其做進一步研究，首要工作是實現單相外延m面ZnOS三元合金薄膜的制備，目前對于單相外延m面ZnOS薄膜尚沒有可參考的制備技術。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低、設備要求低的生長單相外延m面ZnOS三元合金薄膜的方法。

本發明提供了一種生長單相外延m面ZnOS三元合金薄膜的方法，該方法包括：

步驟1，采用ZnS作為濺射靶材，采用m面藍寶石作為襯底；

步驟2，清洗靶材和襯底，將所述靶材和所述襯底分別固定在靶臺和樣品臺上裝入真空室，調整所述樣品臺和所述靶臺的間距，并開啟真空泵抽真空至真空度為5×10^-4Pa以下；

步驟3，開啟襯底加熱器將襯底升溫，調節生長溫度為400-700℃；

步驟4，通入氧氣，調整氧壓為0.02-5Pa；

步驟5，開啟激光器，設定激光器的激光脈沖頻率為5Hz，設定激光脈沖能量為350mJ/pulse；

步驟6，啟動所述靶臺和所述樣品臺的自轉，開啟所述激光器，激光濺射靶材2-3分鐘，旋開樣品臺的擋板，開始沉積薄膜，沉積完成后關閉所述激光器，關閉所述氧氣閥和所述襯底加熱器，讓沉積的薄膜自然冷卻至室溫后再取出真空室。

作為本發明進一步的改進，步驟1中是將靶材和襯底依次經過丙酮、無水乙醇和去離子水經超聲清洗器清洗10分鐘。

作為本發明優選的，ZnS陶瓷靶材的純度為99.99％。

本發明的有益效果為：制備工藝簡單，所需設備要求低，且制備方法易于控制。

附圖說明

圖1為本發明的一種生長單相外延m面ZnOS三元合金薄膜方法的流程圖；

圖2為本發明第一、二、三實施例所得薄膜樣品的XRD圖譜；

圖3為本發明第四、五、六實施例所得薄膜樣品的XRD圖譜。

具體實施方式

下面通過具體的實施例并結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。

實施例1，如圖1和2所示，本發明第一實施例的一種生長單相外延m面ZnOS三元合金薄膜的方法，該方法包括：

步驟1，采用純度為99.99％的ZnS作為濺射靶材，采用m面藍寶石作為襯底；

步驟2，將靶材和襯底依次經過丙酮、無水乙醇和去離子水經超聲清洗器清洗10分鐘，再將靶材和襯底分別固定在靶臺和樣品臺上裝入真空室，調整樣品臺和靶臺的間距，并開啟真空泵抽真空至真空度為5×10^-4Pa以下；

步驟3，開啟襯底加熱器將襯底升溫，并將升溫后的溫度穩定在700℃；

步驟4，通入氧氣，使真空室內的氧壓穩定在0.02Pa；

步驟5，開啟激光器，設定激光脈沖能量為350mJ/pulse，激光脈沖頻率為5Hz，激光脈沖個數為9000個；

步驟6，啟動靶臺和樣品臺的自轉，樣品臺的轉速為10r/min，靶臺的自轉速度為5r/min，激光預濺射靶材2分鐘，旋開樣品臺的擋板，開始沉積薄膜，沉積30分鐘后停止沉積并關閉激光器，關閉氧氣閥和襯底加熱器，讓沉積的薄膜自然冷卻至室溫后再取出真空室。

實施例2，如圖1和2所示，本發明第二實施例的一種生長單相外延m面ZnOS三元合金薄膜的方法，該方法包括：

步驟1，采用純度為99.99％的ZnS作為濺射靶材，采用m面藍寶石作為襯底；

步驟2，將靶材和襯底依次經過丙酮、無水乙醇和去離子水經超聲清洗器清洗10分鐘，再將靶材和襯底分別固定在靶臺和樣品臺上裝入真空室，調整樣品臺和靶臺的間距，并開啟真空泵抽真空至真空度為5×10^-4Pa以下；