[发明专利]一种静电雾化化学气相淀积氧化镓薄膜系统

说明书

一种静电雾化化学气相淀积氧化镓薄膜系统，本发明属于化学气相淀积的材料生长领域。本发明主要解决雾化气相淀积氧化镓薄膜过程中雾滴粒径及运动控制问题。一种静电雾化化学气相淀积方法，本方法将镓盐溶液静电雾化作为镓源，在反应腔中进行化学反应；利用反应腔内的载物支撑部分作为生长区，镓盐水溶液经静电雾化后由载气输运，与反应气混合后输运到反应腔，在生长区进行反应；反应腔整体采用立式结构，反应腔体外围配有加热装置，为反应提供所需的热量，反应腔末端输出位置配有废气净化处理装置，反应后的尾气由废气净化处理装置处理。

技术领域

本发明属于化学气相淀积的材料生长领域，涉及化学气相淀积材料生长方法，尤其是化学气相淀积氧化镓薄膜的方法。

背景技术

近年来，氧化镓材料相关研究发展迅速，越来越受到大家关注。作为新型第三代半导体材料，氧化镓禁带宽度为4.5-4.9eV远高于其他第三代半导体材料，相应的氧化镓材料击穿电压很高理论值为8MV/cm，氧化镓材料还具有导通电阻小、Baliga品质因子高、吸收截止边更短、生长成本更低、物理化学性质稳定等优点。在高压、大功率器件和深紫外光电子器件应用方面应用前景广阔。

目前氧化镓已知晶相共有六种，包括菱形(α-Ga₂O₃)、单斜(β-Ga₂O₃)、尖晶石(γ-Ga₂O₃)、立方(δ-Ga₂O₃)、正交(ε-Ga₂O₃)5种稳定相和1个瞬态相(κ-Ga₂O₃)。其中单斜晶系的β相氧化镓热稳定性最好，且为直接带隙半导体材料，使得人们对氧化镓材料的研究主要集中在β相。但近年来α相氧化镓也因为其特殊的物理性质优势开始受到科研工作者们的广泛关注，与β相氧化镓相比，α相氧化镓具有更大的禁带宽度，同时因为与蓝宝石同属刚玉型结构，所以与蓝宝石衬底有更小的晶格失配，在蓝宝石衬底上生长的薄膜质量相对较高。现有的制备氧化镓薄膜的方法有反应热蒸发、原子层沉积、磁控溅射、激光脉冲沉积、电子束蒸发、金属有机物化学气相淀积、卤化物气相外延、雾化化学气相淀积等，其中可以用于制备α氧化镓薄膜的方法为金属有机物化学气相淀积、卤化物气相外延和雾化化学气相淀积。金属有机物化学气相淀积和卤化物气相外延制备α相氧化镓均需要在真空环境中进行，而且设备复杂、生长周期长，相对而言雾化化学气相淀积可以再常压条件进行且设备简单有望成为大规模制备α相氧化镓薄膜的常用手段。

氧化镓本身物理化学性质较为稳定，在环境中含有少量水的情况下也不会显著改变氧化镓薄膜的质量，因此水可以作为镓源溶剂，也可以作为氧源。现有的各种生长氧化镓薄膜的方法各自都有些缺点导致生长出的氧化镓薄膜与理想状态差距较大，还需要我们不断改进。

发明内容

本发明目的是，解决当前半导体材料薄膜淀积方法用于外延生长多种晶型氧化镓薄膜的问题，提出了一种高效、可控、便捷、简单、廉价的氧化镓薄膜生长方法，实现多晶型氧化镓薄膜的生长。

本发明的技术方案为：一种静电辅助雾化化学气相淀积方法，该方法主要包含以下内容：1、通过本方法提出的静电雾化及配套装置对镓源溶液进行雾化；2、在静电场、载气、重力多重影响因素共同作用下将原料雾气输运到反应腔内进行薄膜生长；3、通过载气将反应后的残余尾气、副产物、未反应完全的原料等输运至废气处理装置净化后排放至大气环境。

进一步的，内容1中：所述静电雾化及配套装置包括进液管、储液槽、喷嘴、进气管、气罩、组合充电极，溶液经由进液管运输至储液槽然后输送至喷嘴，气泵通过供气管道向气罩内提供压缩气体，气体从气孔喷出环绕于喷嘴四周对射流起约束作用，组合充电极为喷嘴喷出的雾滴进行充电，使雾滴带电然后使雾滴直径减小；该静电雾化及配套装置可以实现对雾滴带电量及直径的控制。