[发明专利]MgxZn1－xO薄膜的双靶射频磁控共溅射制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种II-VI族宽带隙宽组分半导体光电功能材料Mg_xZn_1-xO薄膜的制备方法，属于光电功能材料制造技术领域。

背景技术

Mg_xZn_1-xO薄膜是一种宽直接带隙半导体光电功能材料。Mg²⁺的离子半径为Zn²⁺的离子半径为由于它们离子半径相近，可以相互取代形成Mg_xZn_1-xO固溶合金薄膜，两者取代对晶格常数影响较小。但是，ZnO和MgO的结构不同，使得Mg_xZn_1-xO随着Mg含量的不同呈现两种不同的结构，当Mg含量较小时呈现ZnO的六方纤锌矿结构，当Mg含量较大时呈现MgO的面心立方岩盐结构。另外，ZnO和MgO的禁带宽度不同，室温下ZnO的禁带宽度约为3.3eV，MgO的禁带宽度约为7.8eV，从而Mg_xZn_1-xO的禁带宽度理论上在3.3eV和7.8eV之间可以连续调节，且禁带宽度随Mg含量的增大逐渐增大，从而可实现Mg_xZn_1-xO从紫外到可见不同波长的光响应。因此，Mg_xZn_1-xO薄膜成为一种具有紫外探测、可见及紫外光发射作用的半导体光电功能材料。

Mg_xZn_1-xO薄膜的射频磁控溅射制备方法是与本发明相关的一项已知技术，一篇刊登在中国《物理学报》第54卷第9期、题为“射频磁控溅射法生长Mg_xZn_1-xO薄膜的结构和光学特性”的文献公开了一种方案。制备过程在射频磁控溅射仪的真空室中进行。由机械泵和分子泵两级抽真空至2×10^-3Pa。靶材采用Mg_xZn_1-xO陶瓷，0≤x≤0.3，由纯度均为99.99％的ZnO粉末和MgO粉末经混合、研磨、锻压、烧结而成。在真空室内设置若干个溅射靶，如四个，靶材固定在溅射靶上，每个溅射靶的溅射功率能够分别控制。每个溅射靶上的靶材x不同，如x＝0、x＝0.16、x＝0.23、x＝0.30。通入真空室内的纯度均为99.999％、压强均为1Pa的氩气、氧气在真空室混合为溅射气体。射频电源频率为13.56MHz。采用蓝宝石衬底，衬底温度为80℃。衬底与溅射靶间距5cm。溅射功率为200w，溅射时间为30min。该方法根据所制备Mg_xZn_1-xO薄膜的x的不同，分别制作Mg_xZn_1-xO陶瓷靶材，在溅射过程中，只有一个具有对应x值的溅射靶工作，为单靶单溅射制备方式。

发明内容

已知技术需要根据所需制备的Mg_xZn_1-xO薄膜的不同，分别制作对应x值的Mg_xZn_1-xO陶瓷靶材，其不足在于，制作靶材的工作量大，并且，在制备一种Mg_xZn_1-xO薄膜之后，所用靶材不一定完全消耗，产生浪费。另外，虽然从理论上应该不可能、但实践中却出现所制备的Mg_xZn_1-xO薄膜化学计量比偏离Mg_xZn_1-xO陶瓷靶材的化学计量比的现象，难以得到所需的光电功能材料。为了减少靶材制作工作量，提高靶材利用率，制备产物与所需产物一致，我们发明了一种Mg_xZn_1-xO薄膜的双靶射频磁控共溅射制备方法。

本发明是这样实现的，在射频磁控溅射仪的真空室中，通过提供溅射功率，使溅射气体溅射固定在溅射靶上的靶材，在衬底上生长Mg_xZn_1-xO薄膜，其特征在于，采用双靶共溅射制备方式，即在两个溅射靶上分别固定ZnO陶瓷靶材和MgO陶瓷靶材，分别提供溅射功率，同时分别溅射，在衬底上生长Mg_xZn_1-xO薄膜。