[發明專利]一種以In2O3為靶材制備InN薄膜材料的方法

有效

• 申請號: 201710124149.4
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN107012423B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 王雪文;張繁;吳朝科;翟春雪;張志勇;趙武;張遠
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷

本發明公開了一種InN薄膜的制備方法，包括以下步驟，用丙酮、四氯化碳、無水乙醇和去離子水清洗硅片；清洗后的硅片進行磁控濺射沉積InN薄膜。本發明研究首次采用In₂O₃靶，在濺射溫度600℃，濺射壓強0.6Pa時，生長出純的InN薄膜材料，且微觀形貌顆粒逐漸增大、結晶質量好、純度高、沒有雜質生成。

技術領域

本發明屬于氮化物光電薄膜材料制備技術領域，具體涉及一種在襯底 Si(100)晶面生長InN薄膜材料的制備方法。

背景技術

Ⅲ-Ⅴ氮化物都是直接帶隙半導體材料，屬于新型半導體材料，例如它們中氮化鎵(GaN)已經被認為是第三代半導體的代表，已經在微電子和光電子器件方面器件領域得到了廣泛的應用。氮化銦(InN)由于其優異特性，近年來受到人們的廣泛關注，成為當今半導體材料和器件以及傳感器研究領域的熱點之一。理論研究表明InN材料在Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體材料中具有最高的飽和電子漂移速度和電子渡越速度，以及最小的有效電子質量；大量的實驗研究文獻證明InN室溫下的帶隙寬度是0.7eV。InN因其特殊的禁帶寬度在高頻高速晶體管、太赫茲器件、發光二極管、熱電器件、太陽能電池等領域將會有巨大的應用潛力。

目前國際上關于InN材料的報道比較多，隨著生長工藝技術的提高，InN 薄膜材料已經能夠采用磁控濺射、金屬有機氣相外延(MOVPE)或金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)等方法進行生長。翟露青等人利用MOCVD方法，三甲基銦作為In源，制備出InN薄膜材料，但是傳統的MOCVD方法過程繁瑣，成本昂貴；王金穎等人利用磁控濺射方法，金屬銦靶作為In源，制備出InN薄膜材料，制備出的InN薄膜XRD衍射峰強較小，生長不均勻，有襯底雜峰。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種在Si上制備 InN薄膜的方法，該方法選用In₂O₃靶材，制備出能夠在Si上生長的高純度、結晶質量好的InN薄膜材料。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術方案：

一種以In₂O₃為靶材制備InN薄膜材料的方法，包括以下步驟，

用丙酮、四氯化碳、無水乙醇和去離子水清洗硅片；

清洗后的硅片進行磁控濺射沉積InN薄膜，磁控濺射沉積時，In₂O₃作為靶材，同時In₂O₃靶材為In源，腔室溫度為500～600℃，濺射壓強為0.6 ～1.8Pa。

優選的，磁控濺射沉積時，腔室溫度為600℃，濺射壓強為0.6Pa。

所述磁控濺射沉積時，濺射氣體為Ar:N₂＝20:20sccm。磁控濺射功率為 80～90W。硅片優選Si(100)。

本發明的有益效果為：

(1)本發明研究首次采用In₂O₃靶，在濺射溫度600℃生長出純的InN薄膜材料，是目前為止已經公開的InN薄膜質量中較佳的，相比金屬銦作為靶材，本發明制備的InN薄膜微觀形貌顆粒大、結晶質量好、純度高、沒有雜質生成。

(2)本發明以Si(100)為襯底，腔室溫度500℃下的較600℃下的InN薄膜質量差，但500℃下也已經出現了明顯的峰位，相比于常規方法制得的InN薄膜，XRD衍射峰強較大。

(3)本發明采用磁控濺射法，通過控制磁控濺射溫度和磁控濺射壓強，其他參數例如功率、氣體流量比、濺射時間不變的條件下制備了一種高純度、顆粒大、均勻性好、無雜質的InN薄膜材料，濺射過程無需任何模板和催化劑，工藝簡單、無污染、易操作，采用 Si(100)為襯底，成本低廉，適合于大批量生產。