CN101591770A - 一种组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜材料的制备方法 - Google Patents
一种组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜材料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
III-V族InAsxSb1-x三元合金材料是典型的红外波段窄禁带材料,具有稳定性好,响应快,施主和受主性能好,工作波段的探测率高,能达到精确探测的要求。制备出非晶态InAsxSb1-x薄膜将解决生长InAsxSb1-x晶体的生长费用昂贵,材料与衬底存在晶格失配问题。并且非晶态InAsxSb1-x薄膜表现出明显的半导体特性,有望开发出具有实用价值的半导体器件。我们发明的目的在于提供一种组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜的双靶溅射制备方法,在保证非晶InAsxSb1-x薄膜的完全无序结构前提下,制备出组分可调非晶InAsxSb1-x,这为研制红外探测器及其他非晶态光电子器件奠定基础。
Description
技技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域,属于半导体光电子新型材料的磁控溅射制备领域。
背景技术
III-V族InAsxSb1-x三元合金材料的带隙覆盖范围是3-12μm,是典型的红外波段窄禁带材料,具有稳定性好,响应快(次ns级),施主和受主性能好,工作波段(5-8μm)的探测率高,能达到精确探测的要求。而且与HgCdTe材料相比具有以下优点:
(1)InAsxSb1-x的带隙对组分的依赖关系比HgCdTe弱,带隙易于控制,能克服HgCdTe大面积组分不均匀的缺点,对焦平面列阵器件尤为有利。
(2)Hg-Te之间为易断的离子键,且Hg易扩散,从而造成器件制作的困难,即使采用HgTe/CrTe超晶格,亦因其界面互扩散不稳定性而难以实现,而共价的InAsxSb1-x化合物能承受器件工艺的各种处理,使材料硬度、热稳定性、抗辐射能力增强。
(3)利用InAsxSb1-x应变层超晶格电子迁移率高,电子有效质量比HgCdTe大的特点,在较高的响应速度下,利于降低隧穿效应,减少暗电流。
但是生长InAsxSb1-x晶体的费用昂贵,材料与衬底存在晶格失配问题。制备出非晶态InAsxSb1-x薄膜,将解决晶体材料上述问题。并且非晶态InAsxSb1-x薄膜表现出明显的半导体特性,有望开发出具有实用价值的半导体器件。制备出组分可调InAsxSb1-x薄膜将推动非晶红外材料和器件的发展。磁控溅射技术由于其生长温度低、薄膜粘附性好、膜质均匀致密、工艺可控性强等优点,被广泛用来制备非晶态薄膜材料。采用磁控溅射技术开展组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜的制备,将推动非晶InAsxSb1-x在光电子器件上的应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
我们发明的目的在于提供一种组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜的双靶溅射制备方法,在保证非晶InAsxSb1-x薄膜的完全无序结构前提下,制备出组分可调非晶InAsxSb1-x,并且优化工艺提高非晶InAsxSb1-x薄膜的光电性能和表面形貌。
(二)技术方案
为了达到上述目标,本发明的技术方案包括双靶溅射制备和制备后热退火工艺,具体包括:
A、采用双靶磁控溅射技术在石英衬底上制备组分可调的非晶InAsxSb1-x(0≤x≤1)薄膜;
B、在磁控溅射系统的真空室内,150℃条件下恒温热退火。
所述步骤A之前进一步包括:
采用纯度为99.99%以上的InAs单晶靶和InSb多晶靶。先将InAs靶靶基距固定在80mm,InSb靶靶基距固定在50mm,再将石英衬底用丙酮、乙醇超声清洗10min,用去离子水(DI)清洗两次,放在分析纯乙醇中,用氮气吹干,装到样品托盘上固定,最后将样品托盘快速放入真空室。
所述步骤A包括:
通过水冷,衬底温度固定为20℃,当背底真空度小于10-4Pa时,调节质量流量计,充入氩气,氩气充入前要经过气体纯化器去除杂质。通过改变闸板阀的开启大小来控制抽出气体的速率实现溅射压强为3-4Pa,准备溅射。
为了除去靶材表面的污染,要预溅射靶材数分钟。InAs靶溅射功率为0-80W,InSb靶溅射功率为0W-120W。当反射功率调至最小时,将衬底移出挡板,溅射正式开始,溅射1个小时。
所述步骤B包括:
关闭射频源,衬底移上挡板,将衬底温度降至150℃,在背底真空度小于10-4Pa时开始计时,热退火3个小时。
(三)有益效果
根据上述技术方案,本发明具有以下有益效果:
1、利用本发明,制备了完全非晶结构的InAsxSb1-x薄膜,薄膜的无序化程度很高,非晶InAsxSb1-x薄膜透射电子衍射谱(TEM)证明薄膜的完全非晶结构,如图1所示,非晶InAsxSb1-x薄膜的TEM。
2、本发明,制备出了组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜(0≤x≤1)。
3、利用本发明,制备非晶InAsxSb1-x薄膜的表面均匀、光滑,如图2,为所制备样品的扫描电镜图(SEM)。
4、本发明所制备组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜的光学带隙在0.41-0.7eV之间,光敏为3左右。
Claims (5)
1、一种组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜材料的溅射制备方法,包括双靶溅射制备和制备后热退火工艺。
2、根据权利要求1所述的组份可调非晶InAsxSb1-x薄膜,其特征在于,如步骤A之前进一步所述,InAs靶靶基距固定在80mm,InSb靶靶基距固定在50mm。
3、根据权利要求1所述的组份可调非晶InAsxSb1-x薄膜,其特征在于,如步骤A所述,衬底温度为20℃,工作气压为3-4Pa,InAs靶溅射功率为0-80W,InSb靶溅射功率为0W-120W。
4、根据权利要求1所述的的组份可调非晶InAsxSb1-x薄膜,其特征在于,如步骤B所述,退火温度150℃,退火时间3小时。
5、根据权利要求1所述的组份可调非晶InAsxSb1-x薄膜,其特征在于,0≤x≤1,光学带隙在0.41-0.7eV之间,光敏为3左右。
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CN102400098A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-04-04 | 西南交通大学 | 一种制备禁带宽度可调的硒化物薄膜的方法 |
CN110724921A (zh) * | 2019-10-12 | 2020-01-24 | 华中科技大学 | 用于提高非晶材料无序性的间歇磁控溅射方法 |
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2009
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CN102400098B (zh) * | 2011-11-03 | 2013-10-16 | 西南交通大学 | 一种制备禁带宽度可调的硒化物薄膜的方法 |
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