[发明专利]一种通过磁场控制α-Ga2

说明书

一种通过磁场控制α‑Ga₂O₃掺杂浓度的薄膜沉积系统及方法，薄膜化学式为Ga_(2‑x)R_xO₃，0.02≤x≤0.20，x为R³⁺掺杂Ga³⁺位的原子百分含量，R为Fe、Co、Ni中的一种；该系统包括电磁铁、液位控制装置、反应腔、雾化装置、尾气处理装置，电磁铁固定在反应腔右端，液位控制装置与雾化装置相连，反应腔内放置有衬底，反应腔一端与雾化装置连通、另一端与尾气处理装置连通；雾化装置内盛放有前驱体溶液，雾化装置顶端通过载气控制系统与载气瓶相连。本发明通过加装电磁铁，使掺杂的磁性粒子吸附至反应腔体右端，通过控制电磁铁功率来控制沉积在衬底上的磁性离子浓度，实现实时控制薄膜中的掺杂浓度。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备领域，具体涉及一种通过磁场控制α-Ga₂O₃掺杂浓度的薄膜沉积系统及方法。

背景技术

Ga₂O₃是一种超宽禁带半导体材料，因其稳定的物理化学性能和低介电常数而受到越来越多的关注。众所周知，Ga₂O₃已发现六种晶相，包括五种稳定相的α-Ga₂O₃、β-Ga₂O₃、γ-Ga₂O₃、δ-Ga₂O₃、ε-Ga₂O₃和一种瞬态相的κ-Ga₂O₃，这几种晶相可以在一定条件下相互转化，其中β- Ga₂O₃为热力学最稳定的相，呈刚玉结构的α-Ga₂O₃是一个重要的相，其带隙约为5.3eV，巴利加优值(BFOM)是β-Ga₂O₃的3倍，因此，α-Ga₂O₃在未来的电力设备应用方面有着更大的应用潜力。另外，α-Ga₂O₃具有优良的化学稳定性、热稳定性和击穿场强大等优点，在深紫外透明导电薄膜、紫外探测器、半导体功率器件、自旋电子器件、气敏传感器等领域有广阔的应用前景。

目前，已经报道了很多制备Ga₂O₃薄膜的方法。例如：(1)金属有机化学气相沉积(MOCVD)；(2)分子束外延法(MBE)；(3)原子层沉积(ALD)；(4)卤化物气相外延(HVPE)等。上述方法生长氧化镓时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Mist-CVD设备可以在常压环境下进行薄膜制备，且具有高速沉积的优点，设备制造成本低、操作简单安全，工业兼容性较好。

具有稳定电学特性的高质量α-Ga₂O₃薄膜是制作性能优良的器件基础。然而，Mist-CVD 方法制备的α-Ga₂O₃薄膜一直呈绝缘性，因此，需要引入掺杂剂来控制α-Ga₂O₃的n型电导率。目前对α-Ga₂O₃薄膜进行不同浓度掺杂实验时，需要提前配好掺杂所需的不同浓度的源溶液，尚无法实现对掺杂浓度的实时控制；而且实验中如果配好的某个浓度的源溶液没有用完，又计划进行其他掺杂浓度的薄膜生长时，会造成既定浓度源溶液的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过磁场控制α-Ga₂O₃掺杂浓度的薄膜沉积系统及方法，该系统及方法能控制沉积在衬底上的磁性离子浓度，实现实时控制薄膜中的掺杂浓度。