CN1168120C - 在非晶体材料上磁控溅射锗晶体薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在非晶体材料上磁控溅射锗晶体薄膜的方法，它利用磁控溅射技术，并控制工作气体压强、温度、溅射功率等工艺条件，在非晶体材料上生长锗晶体薄膜，且能快速生长出大面积的锗晶体薄膜，从而开辟了一条在非晶材料上生长锗晶体薄膜的新途径，使用本方法能大大提高生产效率，减少投资，降低生产成本，并能取得较好的经济效益，使锗晶体薄膜形成产业化。因此，实为新一代生产锗晶体薄膜的方法。

Description

在非晶体材料上磁控溅射锗晶体薄膜的方法
本发明涉及一种制备锗晶体薄膜的方法，尤其是一种利用磁控溅射技术在基底材料上生长锗晶体薄膜的方法。
锗(Ge)晶体薄膜是一种很好的近红外窄带半导体材料，可用来制作半导体晶体管、半导体芯片。锗晶体薄膜还是很好的红外光学材料，可用来制备近红外控测器、锗透镜等，因而锗晶体薄膜的制备将对半导体工业和近红外控制技术起着极其重要的作用。另外，锗/硅异质材料是近年来兴起的一种新型半导体材料，在光电器件应用方面有着广阔的前景。但由于锗和硅(Si)的晶格失配高达4.2％，因此很难获得无失配位错异质界面。现有技术有用分子束外延技术和汽相沉积技术在单晶硅衬底上生长锗晶体薄膜，但这两种技术不仅存在设备参数要求高，设备价格昂贵(分子束外延技术所用设备价格为100美元，汽相沉积技术所用设备为50美元)，而且还存在锗晶体薄膜生长速度慢、薄膜面积小等不足，难于实现产业化生产，满足不了半导体材料日益扩大的需求，因此，如何开发和利用高效、快速生产锗/硅异质材料和技术，是当前半导体材料急需解决的问题。
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种能高效、快速生产锗晶体薄膜的方法。
本发明通过锗的自组织形成晶体机理，利用磁控溅射技术在非晶体材料衬基上生长锗晶体，从而获得锗晶体薄膜。
本发明通过下列技术方案实现：它包括低真空溅射，并使用氩(Ar)气体作为工作气体，其特征在于它采用非晶体材料作为外延生长锗晶体的基底，并在工作气体压强为0.5-4.5Pa，温度为300-500℃，溅射功率为100-300W时进行磁控溅射，直接生长锗晶体。
本发明通过下列另一技术方案实现：它包括低真空溅射，并使用氩(Ar)气体作为工作气体，其特征在于它采用非晶体材料作为外延生长锗晶体的基底，在工作气体压强为0.5-4.5Pa，温度低于300℃，溅射功率为100-300W时进行磁控溅射，生长出非晶锗后，再在400-800℃温度下，进行5-20分钟的真空热退火，即可得锗晶体。
本发明所述非晶体材料为非晶体硅或者玻璃，或者在硅单晶材料上溅射有一层非晶硅的材料。
本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：由于本发明利用磁控溅射技术在非晶体材料上进行溅射，能快速生长出大面积的锗晶体薄膜，从而开辟了一条在非晶材料上生长锗晶体薄膜的新途径，使用本方法能大大提高生产效率，减少投资，降低生产成本，并能取得较好的经济效益，使锗晶体薄膜形成产业化。因此，实为新一代生产锗晶体薄膜的方法。
图1为用本发明方法生产出的锗晶体喇曼光谱图；
图2、图3为用本发明另一方法生产出的锗晶体喇曼光谱图。
实施例1
本发明采用中国科学院沈阳科学仪器研制中心生产的JGP500A型超高真空多靶磁控溅射仪，并采用下列工艺步骤：
1、将非晶硅或者玻璃基片进行清洗，并置入预室中；
2、将基片从预室中传到生长室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；
3、将基片加温到300℃，并让基片架转动，以确保溅射薄膜的均匀性；
4、调节各种溅射工艺参数，并进行溅射：氩气体压强0.5Pa，溅射功率100W；
5、溅射60分钟，得厚度为0.2微米的锗晶体薄膜。该锗晶体薄膜的喇曼光谱测试结果见图1。
实施例2
所用设备同上，并采用下列工艺步骤：
1、在硅单晶衬底上生长一层非晶硅，并将它作为基片送入预室中；
2、将基片从预室中传到生长室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；
3、将基片加温到500℃，并让基片架转动，以确保溅射薄膜的均匀性；
4、调节各种溅射工艺参数，并进行溅射：氩气体压强4.5Pa，溅射功率300W；
5、溅射60分钟，得厚度为0.5微米的锗晶体薄膜。
实施例3
设备同上，采用下列工艺步骤：
1、在硅单晶衬底上生长一层非晶硅，并将它作为基片送入预室中；
2、将基片从预室中传到生长室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；
3、将基片加温到400℃，并让基片架转动，以确保溅射薄膜的均匀性；
4、调节各种溅射工艺参数，并进行溅射：氩气体压强2.5Pa，溅射功率200W；
5、溅射60分钟，得厚度为0.3微米的锗晶体薄膜。
实施例4
采用下列工艺步骤：
1、在硅单晶衬底上生长一层非晶硅，并将它作为基片送入预室中；
2、将基片从预室中传到生长室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；
3、将基片加温到450℃，并让基片架转动，以确保溅射薄膜的均匀性；
4、调节各种溅射工艺参数，并进行溅射：氩气体压强3.5Pa，溅射功率150W；
5、溅射60分钟，得厚度为0.3微米的锗晶体薄膜。
实施例5
采用下列工艺步骤：
1、将非晶硅或者玻璃基片进行清洗，并置入预室中；
2、将基片从预室中传到生长室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；
3、将基片加温到250℃，并让基片架转动，以确保溅射薄膜的均匀性；
4、调节各种溅射工艺参数，并进行溅射：氩气体压强0.5Pa，溅射功率100W，得非晶锗，该非晶锗的喇曼光谱测试结果见图2；
5、将非晶锗加温至400℃，进行20分钟的真空热退火处理，得晶化较好的锗晶体薄膜，其喇曼光谱测试结果见图3。
实施例6
采用下列工艺步骤：
1、将非晶硅或者玻璃基片进行清洗，并置入预室中；
2、将基片从预室中传到生长室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；
3、将基片加温到100℃，并让基片架转动，以确保溅射薄膜的均匀性；
4、调节各种溅射工艺参数，并进行溅射：氩气体压强2.5Pa，溅射功率200W，得非晶锗；
5、将非晶锗加温至800℃，进行5分钟的真空热退火处理，得晶化较好的锗晶体薄膜。

Claims (3)

1，一种在非晶体材料上溅射锗晶体薄膜的方法，它包括低真空溅射，并使用氩(Ar)气体作为工作气体，其特征在于它采用非晶体材料作为外延生长锗晶体的基底，并在工作气体压强为0.5-4.5Pa，温度为300-500℃，溅射功率为100-300W时进行磁控溅射，直接生长锗晶体。
2，根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述非晶体材料为非晶体硅或者玻璃，或者在硅单晶材料上溅射有一层非晶硅的材料。
3，一种在非晶体材料上溅射锗晶体薄膜的方法，它包括低真空溅射，并使用氩(Ar)气体作为工作气体，其特征在于它采用非晶体材料作为外延生长锗晶体的基底，在工作气体压强为0.5-4.5Pa，温度低于300℃，溅射功率为100-300W时进行磁控溅射，生长出非晶锗后，再在400-800℃温度下，进行5-20分钟的真空热退火，即可得锗晶体。
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