CN102332474A - 一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件及其制备方法，属于二极管技术领域。分别采用化学气相沉积法、脉冲激光沉积法和热蒸镀法依次从下至上分别将SiO₂、N型InGaZnO和Al沉积在N型硅衬底上。本发明肖特基二极管器件反向击穿电压大，反向漏电流小，价格低廉、制备工艺简单的铟镓锌氧化物肖特基二极管器件。

Description

一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件及其制备方法，属于二极管技术领域。 

背景技术

肖特基二极管是一种金属-半导体结原理制作的低功耗、大电流、超高速半导体器件。在Si、GaAs和InP肖特基二极管的研究中发现，氧化物半导体会增加肖特基势垒高度，提高反向击穿电压大，降低反向漏电流，改善二极管的性能。传统的肖特基二极管反向特性较差，并且制作工艺繁琐，尤其制作肖特基二极管器件最常用材料中的SIC和金刚石价格昂贵，生长温度高(＞1000℃)。铟镓锌氧化物半导体是一种新型的非晶宽禁带光电半导体材料，具有高迁移率、稳定性好、制作工艺简单，室温制备等优点，在薄膜晶体管和柔性显示方面有巨大的潜力，备受人们关注。但铟镓锌氧化物大多在薄膜晶体管中担任沟道层，从未关注金属与铟镓锌氧化物半导体材料的接触特性，并制作肖特基二极管。 

发明内容

本发明的目的是提供一种室温制备，价格低廉，提高二极管性能的铟镓锌氧化物肖特基二极管器件及其制备方法。 

本发明的一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件，它是在硅衬底上，自下而上依次沉积n-SiO₂稳定层、n-InGaZnO层和肖特基金属电极层而构成，并在硅衬底下部和肖特基金属电极层上部用欧姆接触电极引出导线。 

其中SiO₂薄膜的厚度优选300nm-500nm；肖特基金属铝厚度为100～200nm。 

该铟镓锌氧化物肖特基二极管器件的制备方法包括以下步骤： 

1)用去离子水，酒精，反复清洗硅衬底三遍，用氮气吹干； 

2)在硅衬底上，利用化学气相沉积法制备300nm-500nm的SiO₂薄膜； 

3)制备InGaZnO陶瓷靶材： 

将纯度分别≥99.99％的In₂O₃、Ga₂O₃和ZnO粉末，在研钵中进行混匀与研磨，在常压空气气氛下进行高温预烧结6～12h，烧结温度为1000～1400℃；将预烧结后的粉末经研磨处理后，进行压制成型，得到料胚，成型压力为8～10MPa，保持压力时间2～4min，再次高温烧结6～12h，烧结温度为1000～1400℃，制得InGaZnO靶材； 

4)生长n型掺铟镓氧化锌薄膜： 

将InGaZnO靶材表面清洗后装入真空腔内，对真空室抽真空，当压力达到10-3Pa以下时，同时向真空室通入氧气，使总压保持在3～15Pa压强下，以紫外脉冲激光为光源进行沉积，对靶材和基片进行自转，靶基距30～50mm；同时调整紫外脉冲激光器输出功率在200～600mw，使得核状羽辉末端恰好接触到基片，在室温衬底温度下生长InGaZnO薄膜，沉积时间为10～60min。 

5)用热蒸镀法在2×10^-4Pa真空度下，通入18～25A电流，蒸镀10～20分钟，在半导体氧化物InGaZnO薄膜上生长厚度为100～200nm的肖特基金属铝电极； 

6)用欧姆接触电极进行粘连，在肖特基金属铝电极和硅衬底上引出金属铜导线。 

本发明具有的有益效果： 

本发明分别采用化学气相沉积法、脉冲激光沉积法和热蒸镀法分别将SiO₂、InGaZnO(其中In、Ga、Zn三元素摩尔比为任意比)和Al依次从下至上沉积在硅衬底上，制备出反向击穿电压大，反向漏电流小，价格低廉、制备工艺简单的铟镓锌氧化物肖特基二极管器件。 

附图说明

图1是本发明铟镓锌氧化物肖特基二极管器件剖面结构示意图；(将2改为下标) 

图2是本发明实施例1铟镓锌氧化物肖特基二极管器件的整流特性I-V曲线。 

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明不限于以下实施例。 

具体实施方式

一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件，见图1，在硅衬底上，自下而上依次沉积n-SiO₂稳定层、n-InGaZnO层和肖特基金属电极层而构成，并在硅衬底下部和肖特基金属电极层上部用欧姆接触电极引出导线。 

实施例1 

1)用去离子水，酒精，反复清洗硅衬底三遍，用氮气吹干； 

2)在硅衬底上，利用化学气相沉积法制备300nm的SiO₂薄膜； 

3)制备InGaZnO陶瓷靶材： 

将18.167g纯度为99.99％的In₂O₃、0.7665g纯度为99.999％的Ga2O3和0.9986g纯度为99.99％的ZnO粉末(按照In∶Ga∶Zn摩尔比为8∶0.5∶1.5)，采用分析天平称量粉末，并把粉末放入到玛瑙研钵中进行混匀与研磨。经细化的粉末置于管式炉中烧结6h，烧结温度为1000℃。将预烧结的粉末再次粉碎和研磨，采用干压法成型技术，粉末经液压压片机进行压制，获得直径30mm、厚度5mm的圆饼型料坯。成型压力为10MPa，保持压力时间2min。然后料坯再次置于管式炉中烧结6h，烧结温度为1200℃，制得InGaZnO靶材。 

4)生长n型掺铟镓氧化锌薄膜： 

In_0.8Ga_0.05Zn_0.15O薄膜的生长采用脉冲激光沉积法进行。使用Nd:YAG脉冲激光器的三次谐波(波长为355nm)，靶基距50mm。首先，打开真空系统的机械泵，对真空室抽真空。当真空度达到0～5Pa时，打开分子泵，继续进行抽真空操作。然后，当本底真空度达到2.5×10^-4Pa时，关闭分子泵，打开机械泵， 并同时向真空室通入氧气，使氧总压保持在3Pa。沉积时，聚焦前激光平均功率为450mW，同时靶材和基片进行自转，基片温度为室温(RT)，沉积时间为30min。 

5)用热蒸镀法在2×10^-4Pa真空度下，通入18A电流，蒸镀20分钟，在半导体氧化物上生长厚度为200nm的肖特基金属铝电极； 

6)用导电银胶进行粘连，在图1中所示的金属铝电极和硅衬底上引出金属铜导线。 

实施例2 

1)同实施例1中的步骤1)； 

2)除将薄膜厚度沉积到500nm，其他操作均同实施例1中的步骤2)； 

3)将18.74g纯度为99.99％的In₂O₃、1.687g纯度为99.999％的Ga₂O₃和1.099g纯度为99.99％的ZnO粉末(按照In∶Ga∶Zn摩尔比为7.5∶1∶1.5)，采用分析天平称量粉末，并把粉末放入到玛瑙研钵中进行混匀与研磨。经细化的粉末置于管式炉中烧结12h，烧结温度为1000℃。将预烧结的粉末再次粉碎和研磨，采用干压法成型技术，粉末经液压压片机进行压制，获得直径30mm、厚度5mm的圆饼型料坯。成型压力为8MPa，保持压力时间4min。然后料坯再次置于管式炉中烧结12h，烧结温度为1400℃，制得InGaZnO靶材。 

4)将InGaZnO靶材表面清洗后装入真空腔内，对真空室抽真空，当真空度达到10^-3Pa以上时，同时向真空室通入氧气，使总压保持在15Pa压强下。以紫外脉冲激光为光源进行沉积，对靶材和基片进行自转，靶基距50mm；同时调整紫外脉冲激光器输出功率在500mw，使得核状羽辉末端恰好接触到基片，在室温衬底温度下生长InGaZnO薄膜，沉积时间为60min。 

5)用热蒸镀法在2×10^-4Pa真空度下，通入25A电流，蒸镀10分钟，在半导 体氧化物上生长厚度为100nm的肖特基金属铝电极； 

6)同实施例1中的步骤6)。

Claims (4)

1.一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件，其特征在于，它是在硅衬底上，自下而上依次沉积n-SiO₂稳定层、n-InGaZnO层和肖特基金属铝电极层而构成，并在硅衬底下部和肖特基金属铝电极层上部用欧姆接触电极引出导线。

2.权利要求1的一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件，其特征在于，SiO₂薄膜的厚度优选300nm-500nm；肖特基金属铝厚度为100～200nm。

3.权利要求1的一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件，其特征在于，欧姆接触电极是银。

4.权利要求1的一种铟镓锌氧化物肖特基二极管器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)用去离子水，酒精，反复清洗硅衬底三遍，用氮气吹干；

2)在硅衬底上，利用化学气相沉积法制备300nm-500nm的SiO₂薄膜；

3)制备InGaZnO陶瓷靶材：

将纯度分别≥99.99％的In₂O₃、Ga₂O₃和ZnO粉末，在研钵中进行混匀与研磨，在常压空气气氛下进行高温预烧结6～12h，烧结温度为1000～1400℃；将预烧结后的粉末经研磨处理后，进行压制成型，得到料胚，成型压力为8～10MPa，保持压力时间2～4min，再次高温烧结6～12h，烧结温度为1000～1400℃，制得InGaZnO靶材；

4)生长n型掺铟镓氧化锌薄膜：

将InGaZnO靶材表面清洗后装入真空腔内，对真空室抽真空，当压力达到10^-3Pa以下时，同时向真空室通入氧气，使总压保持在3～15Pa压强下，以紫外脉冲激光为光源进行沉积，对靶材和基片进行自转，靶基距30～50mm；同时调整紫外脉冲激光器输出功率在200～600mw，使得核状羽辉末端恰好接触到基片，在室温衬底温度下生长InGaZnO薄膜，沉积时间为10～60min；

5)用热蒸镀法在2×10^-4Pa真空度下，通入18～25A电流，蒸镀10～20分钟，在半导体氧化物InGaZnO薄膜上生长厚度为100～200nm的肖特基金属铝电极；

6)用欧姆接触电极进行粘连，在肖特基金属铝电极和硅衬底上引出金属铜导线。

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