CN203346466U

CN203346466U - 一种对Cu3N薄膜进行定量掺杂的装置

Info

Publication number: CN203346466U
Application number: CN 201320251673
Authority: CN
Inventors: 杜允; 叶满萍
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2023-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种对Cu₃N薄膜进行定量掺杂的装置，本实用新型的真空腔内设置有样品台、加热丝、衬底、靶，样品台设置在真空腔内底部，样品台上表面设置有加热丝，加热丝上设置有衬底；靶设置在真空腔内顶部；靶上方设置有磁铁，磁铁上方设置有冷却水系统，冷却水系统用于冷却磁铁；匹配箱的一端与冷却水系统相连接，另一端与射频源相连接；气瓶通过气管与真空腔相连接，气管上设置有流量控制器，用于控制气体流量；机械泵与分子泵的一端相连接，分子泵的另一端通过法兰与真空腔相连接；真空腔的外壁上设置有冷阴极规。本实用新型能够节约靶材，节约成本，实现对Cu₃N薄膜进行定量掺杂、灵活掺杂。

Description

一种对Cu3N薄膜进行定量掺杂的装置

技术领域

本实用新型属于半导体薄膜制备领域，特别是涉及一种对Cu₃N薄膜进行定量掺杂的装置。

背景技术

具有反ReO3结构、低分解温度的氮化亚铜(Cu₃N)半导体材料，在光信息存储和大规模集成电路方面具有非常光明的应用前景^[1-3]。最近，该材料被报道亦可用于自旋电子器件、太阳能电池、燃料电池、磁隧道结等领域^[1,4-9]，因而该体系在国际上广受关注。如何把Cu₃N的热分解温度提高的一个合适的温度使其更好地应用是目前Cu₃N研究领域关注的焦点之一。

提高热分解温度的方法有两种，一、改变生长条件，生长高质量、理想化学配比的Cu₃N薄膜；二、由于Cu₃N是一种具有反ReO₃晶体结构的类似WO₃的无机基质材料，外加原子（Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, and Cd）占位在立方反ReO₃晶胞的体心位置，因此通过掺杂修饰Cu₃N的能带结构，可实现Cu₃N热稳定性、甚至是电学、光学等特性的大范围可调⁽³⁶⁾。以上两种方法目前还都在摸索阶段，对于前者，生长的Cu₃N薄膜理是否为理想化学配比仍是一个问题；对于Cu₃N的掺杂，目前实验上已有一些报导，这些报导大多通过磁控共溅射的方法进行，磁控溅射一般靶材在衬底的下方，共溅射则是简单随意地将掺杂材料搁置于靶材上，此方法简单，容易操作，但难于更换靶材，放样繁琐，难于对Cu₃N薄膜进行定量掺杂，定量掺杂的重复性低。

参考文献:

[1] Asano M, Umeda K and Tasaki A 1990 Jpn. J. Appl. Phys. 29 1985

[2] Maruyama T and Morishita T 1996 Appl Phys. Lett. 69 890

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[5] Maya L 1993 J. Vac. Sci. Technol. A11 604

[6] Cremer R, Witthaut M, Neuschutz D, Trappe C, Laurenzis M, Winkle O and Kurz H 2000 Mikrochim. Acta 133 299

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[9] Borsa D M, Grachev S, Presura C and Boerma D O 2002 Appl. Phys. Lett. 80 1823

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述共溅射掺杂技术的不足，提供一种对Cu₃N薄膜进行定量掺杂的装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型包括真空腔、样品台、加热丝、衬底、靶、冷却水系统、匹配箱、射频源、冷阴极规、分子泵、机械泵、气瓶、流量控制器。

真空腔内设置有样品台、加热丝、衬底、靶，样品台设置在真空腔内底部，样品台上表面设置有加热丝，加热丝上设置有衬底；靶设置在真空腔内顶部；靶上方设置有磁铁，磁铁上方设置有冷却水系统，冷却水系统用于冷却磁铁；匹配箱的一端与冷却水系统相连接，另一端与射频源相连接；气瓶通过气管与真空腔相连接，气管上设置有流量控制器，用于控制气体流量；机械泵与分子泵的一端相连接，分子泵的另一端通过法兰与真空腔相连接；真空腔的外壁上设置有冷阴极规。

所述的靶为圆盘，且圆盘的不同圆环上开有多个固定槽。

本实用新型靶工作过程如下：

先利用特制纯铜靶，探索生长条件，生长出理想化学配比的Cu₃N薄膜。然后，将掺杂材料定量的置于靶材的固定槽位置, 掺杂材料置于不同圆环上的固定槽，能控制薄膜中的掺杂含量；掺杂材料置于固定槽的个数不同，也能够控制薄膜中的掺杂含量，采用与制备理想化学配比Cu₃N薄膜相同的生长条件，实现对Cu₃N薄膜灵活掺杂。

本实用新型有益效果如下：

与现有技术相比本方法简单，本实用新型能够节约靶材,节约成本，实现对Cu₃N薄膜进行定量掺杂、灵活掺杂，制备定量掺杂薄膜的重复性高。最重要的是，本技术是在生长出理想化学配比Cu₃N薄膜的基础上进行的。

附图说明

图1本实用新型结构图；

图2 为本实用新型靶的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2所示，一种对Cu₃N薄膜进行定量掺杂的装置，包括真空腔1、样品台2、加热丝3、衬底、靶4、冷却水系统5、匹配箱6、射频源7、冷阴极规8、分子泵9、机械泵10、气瓶、流量控制器11。

真空腔1内设置有样品台2、加热丝3、衬底、靶4，样品台2设置在真空腔1内底部，样品台2下表面设置有加热丝3，样品台2上设置有衬底；靶4设置在真空腔1内顶部；靶4上方设置有磁铁，磁铁上方设置有冷却水系统5，冷却水系统5用于冷却磁铁；匹配箱6的一端与冷却水系统5相连接，另一端与射频源7相连接；气瓶通过气管与真空腔1相连接，气瓶与真空腔1之间的气管上设置有流量控制器11，用于控制气体流量；机械泵10与分子泵9的一端相连接，分子泵9的另一端通过法兰与真空腔1相连接；真空腔1的外壁上设置有冷阴极规8。

如图1所示，所述的靶4为圆盘，且圆盘的不同圆环上开有多个固定槽。

本实用新型靶工作过程如下：

实施例

射频磁控共溅射设计铜靶以及放置于靶槽的高纯Ag，在Si(100)衬底上沉积Ag掺杂的Cu₃N薄膜。通过改变Ag在靶上的覆盖面积及覆盖位置，得到了不同Ag含量的Cu_xAg_yN薄膜。衬底在使用之前依次被洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水超声清洗15分钟，然后将衬底放置在与靶表面平行并且相距55 mm的样品台上。靶材置于衬底的正上方。当真空腔的本底气压低于6×10^－6mbar时，7 sccm的纯氮气(99.99%)被通入到腔内，气体的流量由流量控制器控制，工作气压控制在6.7×10^-3mbar，预溅射与薄膜沉积过程分别维持30分钟。沉积过程中衬底的温度小于373K，射频输入功率为60 W。

Claims

1. 一种对Cu₃N薄膜进行定量掺杂的装置，其特征在于包括真空腔、样品台、加热丝、衬底、靶、冷却水系统、匹配箱、射频源、冷阴极规、分子泵、机械泵、气瓶、流量控制器;

真空腔内设置有样品台、加热丝、衬底、靶，样品台设置在真空腔内底部，样品台上表面设置有加热丝，加热丝上设置有衬底；靶设置在真空腔内顶部；靶上方设置有磁铁，磁铁上方设置有冷却水系统，冷却水系统用于冷却磁铁；匹配箱的一端与冷却水系统相连接，另一端与射频源相连接；气瓶通过气管与真空腔相连接，气管上设置有流量控制器，用于控制气体流量；机械泵与分子泵的一端相连接，分子泵的另一端通过法兰与真空腔相连接；真空腔的外壁上设置有冷阴极规;

所述的靶为圆盘，且圆盘的不同圆环上开有多个固定槽。