[發明專利]一種基于氮化鎂薄膜的光電探測器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010030275.5
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111106202B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳占國;李方野;趙紀紅;劉秀環;王帥;陳曦;侯麗新;高延軍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/0224;H01L31/0216;H01L31/032;H01L31/18;C23C14/06;C23C14/18;C23C14/35;C23C14/58
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

1.一種基于Mg₃N₂薄膜的光電探測器件，其特征在于：自下而上，最底層為襯底(1)；第二層為過渡金屬叉指電極(2)，過渡金屬叉指電極的厚度為50～200nm，過渡金屬叉指電極的指寬和指間距為3～20μm；第三層為反應磁控濺射法生長的Mg₃N₂薄膜(3)，Mg₃N₂薄膜(3)的厚度為200～1000nm，Mg₃N₂薄膜(3)充滿過渡金屬叉指電極間隙并覆蓋大部分區域的過渡金屬叉指電極，僅在過渡金屬叉指電極的邊緣處露出用于引出電極引線(5)的區域；第四層為射頻磁控濺射法生長的BN或AlN保護層(4)，保護層的厚度為50～200nm，保護層(4)要能夠完全覆蓋Mg₃N₂薄膜(3)。

2.如權利要求1所述的一種基于Mg₃N₂薄膜的光電探測器件，其特征在于：襯底為藍寶石、石英玻璃、BN或AlN。

3.如權利要求1所述的一種基于Mg₃N₂薄膜的光電探測器件，其特征在于：過渡金屬叉指電極的材料為鉻、鉬、金、鎢、鈦、銅或鎳。

4.權利要求1所述的一種基于Mg₃N₂薄膜的光電探測器件的制備方法，其步驟如下：

(1)在清洗過的襯底上濺射或蒸鍍厚度為50～200nm的過渡金屬層，然后進行熱退火處理；

(2)利用干法或濕法刻蝕技術，把步驟(1)得到的過渡金屬層刻蝕出過渡金屬叉指電極結構，過渡金屬叉指電極的指寬和指間距為3～20μm；

(3)將高純Mg靶，高純BN靶或AlN靶安裝在具有多靶濺射功能的射頻磁控濺射儀生長室內的靶座上，將已經刻蝕出過渡金屬叉指電極結構的襯底清洗干燥后固定在生長室內的樣品架上；固定襯底時用陶瓷片壓在后續步驟欲引出電極引線(5)的過渡金屬叉指電極區域，用擋板遮擋在襯底和靶材之間，Mg靶材與襯底之間的距離為5～8cm；打開冷卻水系統與抽真空系統，將生長室真空度抽至1×10^-3Pa以下，將襯底加熱升溫至400～700℃；通入純度≥99.999％的高純N₂，N₂流量為80～200sccm，控制生長室內壓強為3～5Pa；然后打開連接Mg靶的射頻源，調節啟輝，調節Mg靶濺射功率為100～300W；再將生長室內氣壓調節到0.8～1.5Pa，進行預濺射；預濺射20～30min后打開擋板，開啟襯底旋轉，使得襯底在濺射過程中勻速旋轉，開始沉積Mg₃N₂薄膜，沉積時間為60～120min，Mg₃N₂薄膜的厚度為200～1000nm；

(4)Mg₃N₂薄膜沉積結束后，旋轉擋板，遮擋在襯底和靶材之間；在持續通入高純N₂下，關掉與Mg靶連通的射頻源，降下Mg靶；將BN靶或AlN靶升至與襯底距離5～8cm處，通入純度≥99.999％的高純Ar氣，將高純N₂氣流量調節為50～100sccm，高純Ar氣流量也調節為50～100sccm，保證Ar和N₂氣的流量比為(1～2)：1；先調節生長室壓強為3～5Pa，打開連接BN靶或AlN靶的射頻源，調節啟輝；調節BN靶或AlN靶的濺射功率為150～400W，然后將生長室壓強調節到0.8～1.5Pa，進行預濺射；預濺射20～30min后，打開擋板，開啟襯底旋轉，使得襯底在濺射過程中勻速旋轉，開始沉積BN或AlN保護層，沉積時間20～60min；濺射結束后，旋轉擋板，遮擋在襯底和靶材之間，關閉與BN靶或AlN靶連接的射頻源，關閉襯底加熱電源，直至襯底冷卻至室溫，關閉Ar和N₂氣與生長室相連的進氣閥門，關閉Ar和N₂氣瓶閥門，關閉真空系統，關閉冷卻水系統，從而完成BN或AlN保護層(4)的制備，厚度為50～200nm；(5)打開生長室的放氣閥門，待生長室氣壓與外界氣壓平衡后，打開生長室，取出樣品；去掉陶瓷片，然后在被陶瓷片壓住的裸露的電極處通過銀漿或焊接的方式引出電極引線(5)；從而制備得到基于Mg₃N₂薄膜的光電探測器件。