CN108914078A - 性能改进的氮化锌系复合薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种性能改进的氮化锌系复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：准备表面清洁的单晶硅基片；在单晶硅基片表面沉积第一ZnO层；在第一ZnO层表面沉积金属Zn层；在金属Zn层表面沉积第二ZnO层；在第二ZnO层表面沉积第一AZO层；在第一AZO层表面沉积第二AZO层；在第二AZO层表面第一Zn3N2层；在第一Zn3N2层表面沉积第二Zn3N2层；以及对复合薄膜进行退火处理。本发明的氮化锌系复合薄膜的制备方法制得的复合薄膜由于具有特殊的膜结构，使得其比现有技术的薄膜具有更高的迁移率以及载流子浓度，如果由本发明的膜层制作器件，则器件的功耗将降低20％以上，使用频率至少提高10％。

Description

性能改进的氮化锌系复合薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于层状材料技术领域，涉及一种性能改进的氮化锌系复合薄膜的制备方法。
背景技术
在微电子工业的发展历程中，存在着一条由英特尔公司创始人之一戈登·摩尔先生提出的摩尔定律，具体内容为：在成本一定的情况下，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会翻一番，性能也将提升一倍。在这一定律的预示下，集成电路的规模不断增加，其集成度也在大幅度上升。那么对于具有MOS(金属氧化物半导体)晶体管结构的器件来说同样如此，在近几十年的发展历程中，CMOS结构集成电路已经成为了整个半导体行业中的核心技术，它的沟道长度从过去的几十微米已经降到了如今的几十纳米，在英特尔公司生产的芯片中，其栅极的厚度已经达到了45纳米的量级。当45纳米这个尺寸条件下，要求栅电极的等效氧化层厚度小于3纳米，这就意味着一直以来具有相当优秀性能的传统氧化硅栅介质材料厚度会减小至1纳米左右，此时对于氧化硅材料来说，会出现明显的量子隧穿效应，导致漏电流大大提高，即达到了其物理极限。为了克服上述物理极限，急需开发一种替代氧化硅材料的新型半导体材料。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种性能改进的氮化锌系复合薄膜的制备方法，从而克服现有技术的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种性能改进的氮化锌系复合薄膜的制备方法，该制备方法包括如下步骤：准备表面清洁的单晶硅基片；在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层，其中，第一ZnO层的厚度为10-15nm；在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层，其中，金属Zn层的厚度为5-10nm；在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层，其中，第二ZnO层的厚度为20-30nm；在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层，其中，第一AZO层的厚度为25-40nm；在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层，其中，第二AZO层的厚度为15-30nm；在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层，其中，第一Zn3N2层的厚度为10-20nm；在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层，得到性能改进的氮化锌系复合薄膜，其中，第二Zn3N2层的厚度为15-30nm；以及对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理。
优选地，上述技术方案中，在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为70-150kHz，溅射电压为300-500V，溅射功率为200-400W，基片温度为300-400℃。
优选地，上述技术方案中，在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层的具体工艺为：溅射靶材为Zn靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为50-100kHz，溅射电压为200-400V，溅射功率为100-300W，基片温度为200-300℃。
优选地，上述技术方案中，在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为100-200kHz，溅射电压为200-300V，溅射功率为100-200W，基片温度为300-400℃。
优选地，上述技术方案中，在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为(4-9)：100，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为150-250kHz，溅射电压为250-350V，溅射功率为150-300W，基片温度为300-400℃。
优选地，上述技术方案中，在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为(8-13)：100，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为150-250kHz，溅射电压为350-500V，溅射功率为50-150W，基片温度为450-650℃。
优选地，上述技术方案中，在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量100-200sccm，其中，氩气和氮气的体积比为(1-3)：1，电源脉冲频率为50-100kHz，溅射电压为150-300V，溅射功率为200-300W，基片温度为450-550℃，溅射时间为15-25min。
优选地，上述技术方案中，在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量100-200sccm，其中，氩气和氮气的体积比为(4-8)：1，电源脉冲频率为150-300kHz，溅射电压为100-200V，溅射功率为150-200W，基片温度为500-600℃，溅射时间为5-15min。
优选地，上述技术方案中，对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理的具体工艺为：退火气氛为氩气气氛，退火温度为400-500℃，退火时间为30-60min。
与现有技术相比，本发明的氮化锌系复合薄膜的制备方法具有如下有益效果：由于氮化物半导体制备成本低，组分不含有毒物质，所以氮化物半导体已经收到了研究人员的广泛关注。目前现有技术中有许多针对氮化物半导体的研究。目前现有技术中针对氮化物半导体的研究一般仍然存在着难以提高半导体载流子迁移率的困难，众所周知的是，半导体载流子迁移率决定了半导体器件的功耗以及使用频率，迁移率低则意味着半导体器件功耗高、使用频率低、计算速度受限。为了解决半导体迁移率的问题，本发明提出了一种性能改进的氮化锌系复合薄膜。由本发明的特殊膜结构，导致本发明具有比现有技术更高的迁移率以及载流子浓度，如果由本发明的膜层来制作器件，则器件的功耗将降低20％以上，使用频率至少提高10％。
附图说明
图1是根据本发明的氮化锌系复合薄膜的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是根据本发明的氮化锌系复合薄膜的制备方法流程图。如图所示，本发明的制备方法包括如下步骤：
步骤101：准备表面清洁的单晶硅基片；
步骤102：在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层，其中，第一ZnO层的厚度为10-15nm；
步骤103：在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层，其中，金属Zn层的厚度为5-10nm；
步骤104：在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层，其中，第二ZnO层的厚度为20-30nm；
步骤105：在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层，其中，第一AZO层的厚度为25-40nm；
步骤106：在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层，其中，第二AZO层的厚度为15-30nm；
步骤107：在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层，其中，第一Zn3N2层的厚度为10-20nm；
步骤108：在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层，得到性能改进的氮化锌系复合薄膜，其中，第二Zn3N2层的厚度为15-30nm；
步骤109：对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理。
实施例1
以如下方法制备氮化锌系复合薄膜材料：准备表面清洁的单晶硅基片；在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层，其中，第一ZnO层的厚度为10nm；在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层，其中，金属Zn层的厚度为5nm；在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层，其中，第二ZnO层的厚度为20nm；在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层，其中，第一AZO层的厚度为25nm；在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层，其中，第二AZO层的厚度为15nm；在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层，其中，第一Zn3N2层的厚度为10nm；在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层，得到性能改进的氮化锌系复合薄膜，其中，第二Zn3N2层的厚度为15nm；对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理。在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40sccm，电源脉冲频率为70kHz，溅射电压为300V，溅射功率为200W，基片温度为300℃。在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层的具体工艺为：溅射靶材为Zn靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40sccm，电源脉冲频率为50kHz，溅射电压为200V，溅射功率为100W，基片温度为200℃。在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40sccm，电源脉冲频率为100kHz，溅射电压为200V，溅射功率为100W，基片温度为300℃。在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为4：100，溅射气氛为氩气，氩气流量40sccm，电源脉冲频率为150kHz，溅射电压为250V，溅射功率为150W，基片温度为300℃。在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为8：100，溅射气氛为氩气，氩气流量40sccm，电源脉冲频率为150kHz，溅射电压为350V，溅射功率为50W，基片温度为450℃。在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量100sccm，其中，氩气和氮气的体积比为1：1，电源脉冲频率为50kHz，溅射电压为150V，溅射功率为200W，基片温度为450℃，溅射时间为15min。在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量100sccm，其中，氩气和氮气的体积比为4：1，电源脉冲频率为150kHz，溅射电压为100V，溅射功率为150W，基片温度为500℃，溅射时间为5min。对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理的具体工艺为：退火气氛为氩气气氛，退火温度为400℃，退火时间为30min。
实施例2
以如下方法制备氮化锌系复合薄膜材料：准备表面清洁的单晶硅基片；在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层，其中，第一ZnO层的厚度为15nm；在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层，其中，金属Zn层的厚度为10nm；在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层，其中，第二ZnO层的厚度为30nm；在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层，其中，第一AZO层的厚度为40nm；在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层，其中，第二AZO层的厚度为30nm；在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层，其中，第一Zn3N2层的厚度为20nm；在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层，得到性能改进的氮化锌系复合薄膜，其中，第二Zn3N2层的厚度为30nm；对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理。在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量60sccm，电源脉冲频率为150kHz，溅射电压为500V，溅射功率为400W，基片温度为400℃。在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层的具体工艺为：溅射靶材为Zn靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量60sccm，电源脉冲频率为100kHz，溅射电压为400V，溅射功率为300W，基片温度为300℃。在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量60sccm，电源脉冲频率为200kHz，溅射电压为300V，溅射功率为200W，基片温度为400℃。在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为9：100，溅射气氛为氩气，氩气流量60sccm，电源脉冲频率为250kHz，溅射电压为350V，溅射功率为300W，基片温度为400℃。在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为13：100，溅射气氛为氩气，氩气流量60sccm，电源脉冲频率为250kHz，溅射电压为500V，溅射功率为150W，基片温度为650℃。在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量200sccm，其中，氩气和氮气的体积比为3：1，电源脉冲频率为100kHz，溅射电压为300V，溅射功率为300W，基片温度为550℃，溅射时间为25min。在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量200sccm，其中，氩气和氮气的体积比为8：1，电源脉冲频率为300kHz，溅射电压为200V，溅射功率为200W，基片温度为600℃，溅射时间为15min。对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理的具体工艺为：退火气氛为氩气气氛，退火温度为500℃，退火时间为60min。
实施例3
以如下方法制备氮化锌系复合薄膜材料：准备表面清洁的单晶硅基片；在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层，其中，第一ZnO层的厚度为11nm；在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层，其中，金属Zn层的厚度为6nm；在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层，其中，第二ZnO层的厚度为22nm；在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层，其中，第一AZO层的厚度为26nm；在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层，其中，第二AZO层的厚度为20nm；在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层，其中，第一Zn3N2层的厚度为12nm；在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层，得到性能改进的氮化锌系复合薄膜，其中，第二Zn3N2层的厚度为18nm；对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理。在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量45sccm，电源脉冲频率为90kHz，溅射电压为350V，溅射功率为250W，基片温度为320℃。在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层的具体工艺为：溅射靶材为Zn靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量45sccm，电源脉冲频率为60kHz，溅射电压为250V，溅射功率为150W，基片温度为220℃。在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量45sccm，电源脉冲频率为120kHz，溅射电压为220V，溅射功率为120W，基片温度为320℃。在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为5：100，溅射气氛为氩气，氩气流量45sccm，电源脉冲频率为180kHz，溅射电压为280V，溅射功率为180W，基片温度为320℃。在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为9：100，溅射气氛为氩气，氩气流量45sccm，电源脉冲频率为180kHz，溅射电压为380V，溅射功率为80W，基片温度为500℃。在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量120sccm，其中，氩气和氮气的体积比为2：1，电源脉冲频率为60kHz，溅射电压为200V，溅射功率为220W，基片温度为480℃，溅射时间为20min。在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量120sccm，其中，氩气和氮气的体积比为5：1，电源脉冲频率为180kHz，溅射电压为120V，溅射功率为160W，基片温度为520℃，溅射时间为10min。对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理的具体工艺为：退火气氛为氩气气氛，退火温度为420℃，退火时间为35min。
实施例4
以如下方法制备氮化锌系复合薄膜材料：准备表面清洁的单晶硅基片；在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层，其中，第一ZnO层的厚度为12nm；在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层，其中，金属Zn层的厚度为8nm；在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层，其中，第二ZnO层的厚度为25nm；在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层，其中，第一AZO层的厚度为30nm；在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层，其中，第二AZO层的厚度为25nm；在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层，其中，第一Zn3N2层的厚度为15nm；在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层，得到性能改进的氮化锌系复合薄膜，其中，第二Zn3N2层的厚度为25nm；对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理。在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量50sccm，电源脉冲频率为100kHz，溅射电压为400V，溅射功率为300W，基片温度为350℃。在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层的具体工艺为：溅射靶材为Zn靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量50sccm，电源脉冲频率为80kHz，溅射电压为300V，溅射功率为200W，基片温度为250℃。在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量50sccm，电源脉冲频率为150kHz，溅射电压为250V，溅射功率为150W，基片温度为350℃。在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为6：100，溅射气氛为氩气，氩气流量50sccm，电源脉冲频率为200kHz，溅射电压为300V，溅射功率为230W，基片温度为350℃。在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为10：100，溅射气氛为氩气，氩气流量50sccm，电源脉冲频率为200kHz，溅射电压为450V，溅射功率为100W，基片温度为550℃。在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量150sccm，其中，氩气和氮气的体积比为2：1，电源脉冲频率为80kHz，溅射电压为250V，溅射功率为250W，基片温度为500℃，溅射时间为20min。在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量150sccm，其中，氩气和氮气的体积比为6：1，电源脉冲频率为230kHz，溅射电压为150V，溅射功率为180W，基片温度为550℃，溅射时间为10min。对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理的具体工艺为：退火气氛为氩气气氛，退火温度为450℃，退火时间为45min。
实施例5
以如下方法制备氮化锌系复合薄膜材料：准备表面清洁的单晶硅基片；在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层，其中，第一ZnO层的厚度为14nm；在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层，其中，金属Zn层的厚度为9nm；在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层，其中，第二ZnO层的厚度为28nm；在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层，其中，第一AZO层的厚度为35nm；在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层，其中，第二AZO层的厚度为28nm；在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层，其中，第一Zn3N2层的厚度为18nm；在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层，得到性能改进的氮化锌系复合薄膜，其中，第二Zn3N2层的厚度为25nm；对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理。在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量55sccm，电源脉冲频率为130kHz，溅射电压为450V，溅射功率为350W，基片温度为380℃。在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层的具体工艺为：溅射靶材为Zn靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量55sccm，电源脉冲频率为90kHz，溅射电压为350V，溅射功率为250W，基片温度为280℃。在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量55sccm，电源脉冲频率为180kHz，溅射电压为280V，溅射功率为180W，基片温度为380℃。在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为8：100，溅射气氛为氩气，氩气流量55sccm，电源脉冲频率为230kHz，溅射电压为280V，溅射功率为280W，基片温度为380℃。在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为12：100，溅射气氛为氩气，氩气流量55sccm，电源脉冲频率为230kHz，溅射电压为450V，溅射功率为130W，基片温度为600℃。在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量180sccm，其中，氩气和氮气的体积比为2：1，电源脉冲频率为90kHz，溅射电压为280V，溅射功率为280W，基片温度为530℃，溅射时间为20min。在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量180sccm，其中，氩气和氮气的体积比为7：1，电源脉冲频率为280kHz，溅射电压为180V，溅射功率为180W，基片温度为580℃，溅射时间为10min。对性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理的具体工艺为：退火气氛为氩气气氛，退火温度为480℃，退火时间为50min。
对比例1
不沉积第二ZnO层，直接沉积第一AZO层。
对比例2
不在第一AZO层表面沉积第二AZO层，直接沉积第一Zn3N2层。
对比例3
不在第二AZO层表面沉积第一Zn3N2层，直接沉积第二Zn3N2层。
对比例4
第一AZO层的厚度为50nm。
对比例5
第二Zn3N2层的厚度为45nm。
对比例6
在单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层的具体工艺为：电源脉冲频率为50kHz，溅射电压为600V，溅射功率为500W，基片温度为250℃。
对比例7
在第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层的具体工艺为：电源脉冲频率为150kHz，溅射电压为150V，溅射功率为400W，基片温度为350℃。
对比例8
在金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层的具体工艺为：电源脉冲频率为80kHz，溅射电压为350V，溅射功率为300W，基片温度为500℃。
对比例9
在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为3：100。
对比例10
在第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：电源脉冲频率为100kHz，溅射电压为400V，溅射功率为350W，基片温度为450℃。
对比例11
在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为5：100。
对比例12
在第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：电源脉冲频率为100kHz，溅射电压为300V，溅射功率为200W，基片温度为400℃。
对比例13
在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量150sccm，其中，氩气和氮气的体积比为4：1。
对比例14
在第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：电源脉冲频率为150kHz，溅射电压为100V，溅射功率为100W，基片温度为400℃，溅射时间为30min。
对比例15
在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量150sccm，其中，氩气和氮气的体积比为2：1。
对比例16
在第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：电源脉冲频率为350kHz，溅射电压为300V，溅射功率为300W，基片温度为650℃，溅射时间为20min。
测试实施例1-5以及对比例1-16的载流子浓度以及载流子迁移率。测试方法是本领域公知的方法，测试结果参见表1
表1
以上是本发明的对比例，对比例与本发明的实施例区别很小，为了提高说明书的简洁性，对比例只介绍与实施例1不同的参数，其余参数与步骤与实施例1相同。
测试结果表明，本发明的制备方法制得的氮化锌系复合薄膜具有更高的迁移率以及载流子浓度，如果由本发明的膜层来制作器件，则器件的功耗将降低20％以上，使用频率至少提高10％。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种性能改进的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
准备表面清洁的单晶硅基片；
在所述单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层，其中，所述第一ZnO层的厚度为10-15nm；
在所述第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层，其中，所述金属Zn层的厚度为5-10nm；
在所述金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层，其中，所述第二ZnO层的厚度为20-30nm；
在所述第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层，其中，所述第一AZO层的厚度为25-40nm；
在所述第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层，其中，所述第二AZO层的厚度为15-30nm；
在所述第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层，其中，所述第一Zn3N2层的厚度为10-20nm；
在所述第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层，得到性能改进的氮化锌系复合薄膜，其中，所述第二Zn3N2层的厚度为15-30nm；以及
对所述性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理。
2.如权利要求1所述的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：在所述单晶硅基片表面以第一磁控溅射工艺参数沉积第一ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为70-150kHz，溅射电压为300-500V，溅射功率为200-400W，基片温度为300-400℃。
3.如权利要求1所述的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：在所述第一ZnO层表面以第二磁控溅射工艺参数沉积金属Zn层的具体工艺为：溅射靶材为Zn靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为50-100kHz，溅射电压为200-400V，溅射功率为100-300W，基片温度为200-300℃。
4.如权利要求1所述的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：在所述金属Zn层表面以第三磁控溅射工艺参数沉积第二ZnO层的具体工艺为：溅射靶材为ZnO靶材，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为100-200kHz，溅射电压为200-300V，溅射功率为100-200W，基片温度为300-400℃。
5.如权利要求1所述的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：在所述第二ZnO层表面以第四磁控溅射工艺参数沉积第一AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在所述掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为(4-9)：100，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为150-250kHz，溅射电压为250-350V，溅射功率为150-300W，基片温度为300-400℃。
6.如权利要求1所述的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：在所述第一AZO层表面以第五磁控溅射工艺参数沉积第二AZO层的具体工艺为：溅射靶材为掺铝氧化锌靶材，其中，在所述掺铝氧化锌靶材中，Al与Zn的原子百分比为(8-13)：100，溅射气氛为氩气，氩气流量40-60sccm，电源脉冲频率为150-250kHz，溅射电压为350-500V，溅射功率为50-150W，基片温度为450-650℃。
7.如权利要求1所述的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：在所述第二AZO层表面以第六磁控溅射工艺参数沉积第一Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量100-200sccm，其中，氩气和氮气的体积比为(1-3)：1，电源脉冲频率为50-100kHz，溅射电压为150-300V，溅射功率为200-300W，基片温度为450-550℃，溅射时间为15-25min。
8.如权利要求1所述的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：在所述第一Zn3N2层表面以第七磁控溅射工艺参数沉积第二Zn3N2层的具体工艺为：溅射靶材为金属Zn靶材，溅射气氛为氩气和氮气的混合气，混合气流量100-200sccm，其中，氩气和氮气的体积比为(4-8)：1，电源脉冲频率为150-300kHz，溅射电压为100-200V，溅射功率为150-200W，基片温度为500-600℃，溅射时间为5-15min。
9.如权利要求1所述的氮化锌系复合薄膜的制备方法，其特征在于：对所述性能改进的氮化锌系复合薄膜进行退火处理的具体工艺为：退火气氛为氩气气氛，退火温度为400-500℃，退火时间为30-60min。
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