CN106252502A - 一种霍尔元件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感技术领域，所述的霍尔元件，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。非掺杂锑化铟层为弱N型，P型锑化铟层作为过渡层，会在两者界面处会形成一个空间电荷区，而金属电极只接触功能层部分，在霍尔元件工作过程中，P型过渡层是不参与导通的，因此，P型锑化铟层不影响器件性能。而因为P型锑化铟层的存在，形成在其上方的非掺杂锑化铟层缺陷密度大幅减小，从而材料的迁移率大幅增加，进而有效提高了霍尔元件灵敏度。所述的霍尔元件的制备方法，工艺成熟，方法简单、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及传感领域，具体涉及一种高灵敏度锑化铟霍尔元件及其制备方法。
背景技术
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，一般用于检测磁场及其变化。霍尔元件的灵敏度和材料的迁移率密切相关。为了进一步提升霍尔元件的灵敏度，人们采用化合物半导体替代硅，获得了性能非常优异的霍尔元件。
锑化铟霍尔元件以其超高的灵敏度而被人们广泛关注，在化合物半导体霍尔元件市场占据主导地位。现有技术中，锑化铟霍尔元件的功能层主要采用真空蒸镀的方法制备，然后再转移到磁芯上制作成元件。
真空蒸镀工艺制备的锑化铟薄膜，迁移率一般在20000cm2/Vs左右，采用分子束外延(MBE)或者金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)工艺进行制备，锑化铟薄膜的迁移率可以达到45000cm2/Vs左右，而锑化铟的体材料的迁移率可以达到78000cm2/Vs，现有技术形成的膜材料的迁移率均与体材料的迁移率依然相距甚远，这限制了锑化铟霍尔元件灵敏度的提高。另外，采用MBE或者MOCVD方式生长的锑化铟薄膜，因为衬底较厚，无法采用传统的磁芯聚磁方法提升灵敏度，严重影响其推广和使用。
发明内容
为此，本发明所要解决的是现有锑化铟霍尔元件中，由于锑化铟迁移率低影响其性能的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种霍尔元件，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。
可选地，所述P型锑化铟层的厚度为20nm～1000nm；
可选地，所述锑化铟层厚度为100nm-2000nm。
还包括形成在所述非掺杂锑化铟层上的电极和磁芯。
本发明还提供所述的霍尔元件的制备方法，包括如下步骤：
在衬底上形成牺牲层；
在所述牺牲层上形成P型锑化铟层；
在所述P型锑化铟层上形成非掺杂锑化铟层；
除去所述牺牲层。
可选地，所述牺牲层为铝镓砷层，厚度为5nm～100nm，通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
可选地，所述P型锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
可选地，所述P型锑化铟层的生长方法为：
以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、二乙基锌(DEZn)或二茂镁(Cp2Mg)为掺杂源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；
或者，
以固态锑为锑源、固态铟为铟源、固态铍(Be)或固态锌(Zn)或固态镁(Mg)作为掺杂源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。
可选地，所述非掺杂锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
可选地，所述非掺杂锑化铟层的生长方法为：
以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；
或者，
以固态锑为锑源，固态铟为铟源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。
可选地，所述除去所述牺牲层的步骤包括：在所述非掺杂锑化铟层表面形成保护膜，将晶片放置在氢氟酸溶液中，对所述牺牲层进行腐蚀。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明实施例提供一种霍尔元件，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。非掺杂锑化铟层为弱N型，P型锑化铟层作为过渡层，会在两者界面处会形成一个空间电荷区，而电极只接触功能层部分，在霍尔元件工作过程中，P型过渡层是不参与导通的，因此，P型锑化铟层不影响器件性能。而因为P型锑化铟层的存在，形成在其上方的非掺杂锑化铟层缺陷密度大幅减小，从而材料的迁移率大幅增加，进而有效提高了霍尔元件灵敏度。
2、本发明实施例提供所述的霍尔元件的制备方法，包括如下步骤：在衬底上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成P型锑化铟层；在所述P型锑化铟层上形成非掺杂锑化铟层；除去所述牺牲层。工艺成熟，方法简单、可靠。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例所述的霍尔元件制备过程中的结构示意图；
图2是本发明实施例所述的霍尔元件结构示意图；
图3是本发明实施例所述的霍尔元件俯视图；
图中附图标记表示为：1-衬底、2-牺牲层、3-P型锑化铟层、4-锑化铟层、5-基板、6-电极、7-磁芯。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
实施例
本实施例提供一种霍尔元件，如图2、图3所示，包括依次层叠设置的基板5、P型锑化铟层3、非掺杂锑化铟层4；还包括形成在非掺杂锑化铟层4上的电极6和磁芯7。
非掺杂锑化铟层4为弱N型，P型锑化铟层3作为过渡层，会在两者界面处会形成一个空间电荷区，而电极6只接触功能层部分，在霍尔元件工作过程中，P型过渡层3是不参与导通的，因此，P型锑化铟层3不影响器件性能。而因为P型锑化铟层3的存在，形成在其上方的非掺杂锑化铟层4缺陷密度大幅减小，从而材料的迁移率大幅增加，进而有效提高了霍尔元件灵敏度。
P型锑化铟层3的厚度为20nm～1000nm；非掺杂锑化铟层4厚度为100nm-2000nm；电极6可以为金属电极或石墨烯电极。
作为本发明的一个实施例，本实施例中，基板5为磁性基板，P型锑化铟层的厚度为500nm；非掺杂锑化铟层厚度为800nm；电极6为Mo电极。
本实施例还提供的霍尔元件的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、在衬底1上形成牺牲层2；
在衬底1为砷化镓衬底，牺牲层2为铝镓砷(Al组分大于0.7)层；厚度为5nm～100nm，通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
作为本发明的一个实施例，本实施例中，牺牲层2厚度为20nm，通过化学气相沉积工艺制备。
S2、在牺牲层2上形成P型锑化铟层3；
P型锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
作为本发明的一个实施例，本实施例中，P型锑化铟层的生长方法为：
以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、二乙基锌(DEZn)或二茂镁(Cp2Mg)为掺杂源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；
作为本发明的可变换实施例，P型锑化铟层的生长方法还可以为：以固态锑为锑源、固态铟为铟源、固态铍(Be)或固态锌(Zn)或固态镁(Mg)作为掺杂源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。
S3、在P型锑化铟层3上形成非掺杂锑化铟层4；
非掺杂锑化铟层4通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
作为本发明的一个实施例，本实施例中，非掺杂锑化铟层4的生长方法为：
以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；
作为本发明的可变换实施例，非掺杂锑化铟层4的生长方法还可以为：以固态锑为锑源，固态铟为铟源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。
S4、除去牺牲层2。
在非掺杂锑化铟层4表面形成保护膜，将晶片(包括层叠设置的在衬底1、牺牲层2、P型锑化铟层3、非掺杂锑化铟层4)放置在氢氟酸溶液中，对牺牲层2进行腐蚀，从而使得P型锑化铟层3和非掺杂锑化铟层4从衬底1上剥离。
本实施例提供的霍尔元件的制备方法，还包括：
S5、将P型锑化铟层3和非掺杂锑化铟层4转移至基板5上；
S6、通过台面刻蚀工艺，对P型锑化铟层3和非掺杂锑化铟层4进行图案化，形成霍尔元件图案。
S7、在非掺杂锑化铟层4上形成电极6，并进行钝化。
S8、在非掺杂锑化铟层4上直接设置磁芯7，进行器件封装。
步骤S5-S8同现有技术，本实施例不再赘述。
对本实施例中非掺杂锑化铟层4进行测试，迁移率为60000cm2/Vs。
对比例1
本对比例提供一种霍尔元件，具体结构和实施方式同实施例1，不同的是：未设置P型锑化铟层3层。
对本对比例中非掺杂锑化铟层进行测试，迁移率为45000cm2/Vs。
对比例2
本对比例提供一种霍尔元件，包括层叠设置的衬底、非掺杂锑化铟层和电极。衬底和电极的结构以及制备工艺同实施例1，非掺杂锑化铟层结构同实施例，不同的是：通过真空蒸镀工艺制备。
对本对比例中非掺杂锑化铟层进行测试，迁移率为20000cm2/Vs。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种霍尔元件，其特征在于，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。
2.根据权利要求1所述的霍尔元件，其特征在于，所述P型锑化铟层的厚度为20nm～1000nm；所述锑化铟层厚度为100nm-2000nm。
3.根据权利要求1或2所述的霍尔元件，其特征在于，还包括形成在所述非掺杂锑化铟层上的电极和磁芯。
4.一种权利要求1-3任一项所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在衬底上形成牺牲层；
在所述牺牲层上形成P型锑化铟层；
在所述P型锑化铟层上形成非掺杂锑化铟层；
除去所述牺牲层。
5.根据权利要求4所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述牺牲层为铝镓砷层，厚度为5nm～100nm，通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
6.根据权利要求4或5所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述P型锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
7.根据权利要求4-6任一项所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述P型锑化铟层的生长方法为：
以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、二乙基锌(DEZn)或二茂镁(Cp2Mg)为掺杂源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；
或者，
以固态锑为锑源、固态铟为铟源、固态铍(Be)或固态锌(Zn)或固态镁(Mg)作为掺杂源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。
8.根据权利要求4-7任一项所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述非掺杂锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。
9.根据权利要求4-8任一项所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述非掺杂锑化铟层的生长方法为：
以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；
或者，
以固态锑为锑源，固态铟为铟源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。
10.根据权利要求4-9任一项所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述除去所述牺牲层的步骤包括：在所述非掺杂锑化铟层表面形成保护膜，将晶片放置在氢氟酸溶液中，对所述牺牲层进行腐蚀。
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