[發明專利]一種在氧化鎵材料中摻雜金屬原子的實現方法

在審

• 申請號: 202111453562.8
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114156185A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 馬奎;楊發順;楊賚;姬凱迪;高燦燦
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H01L21/385
• 分類號: H01L21/385;C23C14/08;C23C14/18;C23C14/35;C23C14/58
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

1.一種在氧化鎵材料中摻雜金屬原子的實現方法，其特征在于：它包括：

步驟1、選取C面藍寶石(Al₂O₃)作為襯底材料；

步驟2、采用射頻磁控濺射制備在襯底材料上制備出β-Ga₂O₃薄膜材料；

步驟3、將磁控濺射后的樣品放入水平管式高溫擴散爐中進行后退火處理；

步驟4、退火后采用XRD和AFM測試儀器檢測樣品的薄膜結構和晶體表面粗糙程度；

步驟5、摻雜：采用雙靶交替即射頻濺射Ga₂O₃和直流濺射金屬薄膜交替在同一襯底上進行磁控濺射制備“Ga₂O₃/金屬/……/金屬/Ga₂O₃”的復合結構；

步驟6、摻雜完成后采用擴散爐對所得復合結構樣品進行退火處理，退火參數同步驟4參數。

2.根據權利要求1所述的一種在氧化鎵材料中摻雜金屬原子的實現方法，其特征在于：它還包括：

步驟7、利用XRD和AFM表征薄膜材料樣品，檢測“Ga₂O₃/金屬/……/金屬/Ga₂O₃”復合結構的性質；

步驟8、設計激光區熔實驗，通過高能激光束掃描樣品；

步驟9、激光區熔后再利用表征設備對“Ga₂O₃/金屬/……/金屬/Ga₂O₃”復合結構進行結構性質以及電性質的測試。

3.根據權利要求1所述的一種在氧化鎵材料中摻雜金屬原子的實現方法，其特征在于：步驟1選取襯底材料時對襯底進行清洗，清洗方法為：

步驟1.1、首先將藍寶石襯底切割成1×1cm²正方形，放入聚四氟乙烯清洗花籃中進行去離子水沖洗；

步驟1.2、再將襯底依次在無水乙醇、丙酮、無水乙醇溶液超聲波清洗15min；

步驟1.3、再用去離子水沖洗，完成后用氮氣吹干，放入氮氣柜備用。

4.根據權利要求1所述的一種在氧化鎵材料中摻雜金屬原子的實現方法，其特征在于：步驟2所述采用射頻磁控濺射制備在襯底材料上制備出β-Ga₂O₃薄膜材料的方法具體包括：

步驟2.1、將洗凈的藍寶石襯底放入射頻磁控濺射儀中，固定磁控濺射的氧氣和氬氣流量比、工作壓強、濺射功率和沉積時間，僅改變襯底溫度，得出最優的襯底溫度；

步驟2.2、同步驟2.1，依次得最優的各磁控濺射工藝參數；最優參數為：襯底溫度500℃，氧氣流量2.3sccm、氬氣流量46.2sccm，氧氬比2.3:46.2，工作壓強1.0Pa，濺射功率150W，沉積時間90min。

5.根據權利要求1所述的一種在氧化鎵材料中摻雜金屬原子的實現方法，其特征在于：退火處理的具體方法包括：

步驟3.1、固定退火溫度和退火時間，僅改變退火氣氛，得出最優的退火氣氛；

步驟3.2、同步驟3.1，依次得最優的退火工藝參數；最優參數為：退火溫度1000℃，氧氣退火氣氛，退火時間90min。

6.根據權利要求1所述的一種在氧化鎵材料中摻雜金屬原子的實現方法，其特征在于：步驟5所述摻雜的具體方法為：先在藍寶石襯底上濺射Ga₂O₃薄膜，然后在此基礎上濺射金屬薄膜，接著再濺射Ga₂O₃薄膜，以次交替重復，最后表面濺射Ga₂O₃薄膜作為結束。

7.根據權利要求6所述的一種在氧化鎵材料中摻雜金屬原子的實現方法，其特征在于：濺射金屬薄膜的時間需小于濺射氧化鎵薄膜的時間。