[发明专利]一种铝掺锑化铟薄膜、磁阻传感元件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种In_1‑xAl_xSb薄膜、磁阻传感元件及其制造方法，In_1‑xAl_xSb薄膜中x的取值范围为0.05≤x≤0.15。制备方法为：将基底的温度升至350～400℃，同时加热蒸发InSb源、AlSb源，真空蒸镀制得In_1‑xAl_xSb层，并在保护气氛下退火结晶。这种方法制得的In_1‑xAl_xSb薄膜，具有比硅和砷化镓更高的电子迁移率，同时通过掺杂调节禁带宽度的手段，禁带宽度被调控至接近硅或者砷化镓，因此在保持InSb薄膜高电子迁移率的同时优化了温度性能。由本发明的In_1‑xAl_xSb薄膜制得的磁阻传感元件，工作温度高于纯InSb磁阻器件，达到硅和砷化镓磁阻器件的工作温度，同时又具有比硅和砷化镓磁阻器件更高的灵敏度。磁阻传感器件制备采用蒸电极、光刻、划片、引线和分装等标准器件工艺。

技术领域

本发明涉及一种半导体In_1-xAl_xSb薄膜的制造方法，以及配备上述方法制造的In_1-xAl_xSb薄膜的磁阻传感元件。

背景技术

传感器技术是物联网应用中三项关键技术之一，未来智能手机、新能源汽车、无人机等智能控制产业的发展对传感器件提出很大的需要，传感器产业潜力巨大，年复合增长率高于40％。InSb薄膜磁阻传感器件是利用半导体材料磁阻效应进行工作的元件，在无磁场时，电流方向和电极方向垂直。加上磁场之后，由于半导体InSb材料中的霍尔效应，导致电流方向由原先的垂直于电极变成了具有一定的倾斜角度，增加了电流在器件中的路径，使电阻增加。材料的载流子迁移率越高，由霍尔效应产生的磁阻效应就越显著，因此选用载流子迁移率高的材料制得的磁阻器件在高灵敏度要求的场合具有非常大的优势。

InSb半导体材料是目前已知载流子迁移率最高的半导体材料(μ＝7.8×10⁴cm²/V·s)，而半导体Sb材料的电子迁移率为1350cm²/V·s左右，半导体GaAs材料的电子迁移率为8700cm²/V·s左右，可见InSb半导体材料的载流子迁移率要比其他材料大得多。用InSb材料制得的磁阻元件具有非常高的灵敏度和比较低的电能消耗，广泛应用于磁敏开关、角速和转速传感器和磁编码器等要求高灵敏度的磁阻器件中。但InSb是一种窄禁带半导体，其禁带宽度在室温下为0.18eV(退火处理后会有所变化)，这导致InSb磁阻器件的耐压和最高工作温度较低，性能不稳定。目前国际上应用的锑化铟薄膜磁阻元件的工作温区在-20～80℃，还存在着非常大的提升空间。

可以通过调节InSb材料禁带宽度的方法来改善其温度性能，调节材料禁带宽度一个比较直观的方法就是掺杂。在考虑到晶格匹配的基础上，掺杂材料的禁带宽度越高，掺杂的比例越大，那么获得的材料禁带宽度就越大，因此选用掺杂的元素最好在匹配InSb晶格的基础上，具有较高的禁带宽度。在InSb的同族化合物中，AlSb和InSb同属闪锌矿结构，具有和GaSb、InP等同族化合物相比更理想的禁带宽度和晶格匹配程度，其晶格常数为0.61nm(与InSb的0.6478nm接近)，禁带宽度为1.58eV，是Ⅲ-Ⅴ族化合物中最为理想的掺杂化合物。但目前还没有文献直接将Al元素掺杂入动作层直接调节InSb的禁带宽度，如果能够通过掺杂Al调节InSb半导体薄膜的禁带宽度，那么将可以获得温度性能优异且具有高磁阻灵敏度的磁传感器件。

发明内容

本发明提供了一种In_1-xAl_xSb薄膜的制造方法和采用该方法制造的磁阻元件。这种铝掺杂锑化铟薄膜通过微量元素掺杂的方式增加了禁带宽度，使其温度系数得到优化，并且保持较高载流子迁移率，使应用这种薄膜的磁阻元件具有更高的灵敏度。

本发明采用的技术方案为：