[发明专利]一种氮化锌薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及原子层沉积薄膜技术领域，具体涉及一种氮化锌薄膜的制备方法。

背景技术

氮化锌（Zn₃N₂）具有反方铁锰矿结构，具有奇异的电学及光学性质，并且氧化锌是间接带隙还是直接带隙半导体，带隙是多少，一直是产业界及学术界具有较大争议的问题，制备方法和生长条件的差异，对其带隙的影响也十分显著。例如现有技术中，利用磁控溅射、化学气相沉积、静电电解法、分子束外延法等方法可以进行氮化锌薄膜的制备。但多数方法制备的氮化锌薄膜稳定性较差，而且同一种方法制备的氧化锌薄膜，获得的材料光学、电学性能差异也较大。现急需获得高结晶质量、简单易行、可重复控制的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化锌薄膜的制备方法，所述制备方法是利用原子层沉积技术制备氮化锌薄膜，可精确调控氮化锌薄膜的带隙，所制备出的薄膜结构均匀完整，性能显著。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氮化锌薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；

（2）向所述原子层沉积设备反应腔中通入含锌前驱体源，所述含锌前驱体源中的锌原子吸附于所述衬底表面；

（3）向所述原子层沉积设备反应腔中通入含氮前驱体源，然后通过等离子体将所述含氮前驱体源电离，电离后所述含氮前驱体源中的氮原子部分沉积，与所述衬底表面的锌原子形成氮锌共价键；或，通过等离子体将含氮前驱体源电离，然后将电离的所述含氮前驱体源通入所述原子层沉积设备反应腔中，电离后所述含氮前驱体源中的氮原子部分沉积，与所述衬底表面的锌原子形成氮锌共价键；

（4）重复所述步骤（2）和步骤（3）即可逐层生长氮化锌薄膜。

上述方案中，所述步骤（1）之前还包括步骤：所述衬底的表面经过处理，所述衬底处理后的表面吸附有羟基。

上述方案中，所述步骤（1）中将衬底放置于原子层沉积设备反应腔中可通过手动放置、机械手放置或软件控制机械手放置。

上述方案中，所述步骤（2）中的含锌前驱体源为二甲基锌、二乙基锌或醋酸丙酮锌。

上述方案中，所述步骤（3）中的含氮前驱体源为氮气、一氧化氮、二氧化氮、氨气。

上述方案中，所述步骤（3）中所述等离子体电离所述含氮前驱体源的放电功率为10W～100W，放电时间为1s～5s。

上述方案中，所述步骤（2）还包括：所述含锌前驱体源中的锌原子吸附于所述衬底表面后，吹扫所述原子层沉积设备反应腔，使所述原子层沉积设备反应腔恢复本底真空，所述本底真空的范围是0.0001Torr～0.1Torr。

上述方案中，所述步骤（3）还包括：形成氮锌共价键后，吹扫所述原子层沉积设备反应腔，使所述原子层沉积设备反应腔恢复本底真空，所述本底真空的范围是0.0001Torr～0.1Torr。

上述方案中，所述步骤（3）还包括：所述原子层沉积设备反应腔恢复本底真空后，调整所述衬底上沉积物表面反应活性。

与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：

本发明是一种简单易行，可获得高结晶质量、可重复的制备方法，通过等离子体将氮源引入原子层沉积系统，再通过调控腔室温度、真空度、循环周期、等离子体条件等条件，精确的调控所制备的氮化锌薄膜的带隙。本发明可根据不同电学、光学应用需求，获得带隙可调控的各种优质氮化锌薄膜。

附图说明

图1为本发明提供的氮化锌薄膜制备方法一实施例的工艺流程图；

图2为本发明提供的氮化锌薄膜制备方法另一实施例的工艺流程图；

图3为利用本发明制备的氮化锌薄膜光电子能谱仪（XPS）测试图表。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种氮化锌薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤101，对衬底的表面进行标准溶液清洗处理，其中标准溶液包含硫酸、双氧水等氧化溶剂，衬底经过处理后的表面吸附有羟基；

步骤102，将衬底放置于原子层沉积设备反应腔中，可通过手动放置、机械手放置或软件控制机械手放置；

步骤103，向原子层沉积设备反应腔中通入含锌前驱体源，含锌前驱体源与衬底表面的羟基发生反应，含锌前驱体源中的锌原子吸附于衬底表面；含锌前驱体源为二甲基锌、二乙基锌或醋酸丙酮锌等；