[发明专利]一种钽掺杂Ga2

说明书

本发明公开了一种Ta掺杂的Ga₂O₃薄膜的可控制备工艺方法，通过磁控溅射法共溅射氧化钽和氧化镓，生成掺钽的氧化镓薄膜；将所述的掺钽的氧化镓薄膜进行退火。本发明所制备的钽掺杂的氧化镓薄膜表面分布均匀，结构致密，且薄膜厚度可控。本发明的制备方法操作简单，工艺可控性强。该工艺对发展光电探测器、高功率器件、场效应晶体管等器件具有重要意义，在航空航天、轨道交通、能源转换、通信及汽车领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及性能可控的共溅射法钽掺杂氧化镓薄膜的制备方法，具体涉及一种半导体材料制造工艺技术领域。

背景技术

氧化镓作为新型超宽禁带宽度半导体(～4.9eV)，被认为是透明导电氧化物中拥有最大禁带宽度的半导体材料。它具备较高的击穿电场强度和较大的巴利加优值，且介电常数低、物理化学性质稳定及机械强度高。这些优越的特性使得氧化镓在光电器件等领域具有巨大应用潜力，成为宽禁带半导体材料近年的研究热点之一。根据这些特性，氧化镓被应用在紫外探测器、场效应晶体管、肖特基二极管以及高功率器件及X射线探测器中，适用于国防军工、航空航天、微波通信、轨道交通、高端装备、智能电网、能源转换等方向。

然而，半导体的带隙越宽就越难实现高导电性。本征氧化镓具有较高的电阻，这一定程度上限制了其作为透明导电氧化物在电子器件上的应用，而最常见的有效提高材料电学性能的方式便是通过对材料进行不同元素的掺杂。对于常见的基于Sn、Ge和Si等元素的掺杂氧化镓，很难得到高质量和高掺杂含量的薄膜，离氧化镓的大规模应用需求还有很大的进步空间。因此，目前高效的氧化镓薄膜的掺杂工艺是其产业应用的关键。

氧化镓薄膜的制备方法主要包括原子层沉积(ALD)、分子束外延(MBE)、射频磁控溅射、金属有机气相沉积(MOCVD)等。针对薄膜的制备，磁控溅射方法具有稳定性好、可控性好、可以灵活选择靶材、室温可加工、低成本好操作的优势，尤其是磁控共溅射法，可以实现掺杂浓度的可控调节，是性能可控的掺杂氧化镓薄膜的理想制备方法。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种钽掺杂Ga₂O₃薄膜的可控制备工艺方法，本发明所制备的钽掺杂的氧化镓薄膜表面分布均匀，结构致密，且薄膜厚度可控。本发明的制备方法操作简单，工艺可控性强。该工艺对发展光电探测器、高功率器件、场效应晶体管等器件具有重要意义，在航空航天、轨道交通、能源转换、通信及汽车领域具有广阔的应用前景。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种钽掺杂Ga₂O₃薄膜的可控制备工艺方法，包括如下步骤：

(1)靶材选取

按照材料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，选取纯度均不低于99.99％的均匀掺杂的块状氧化镓和氧化钽作为磁控共溅射的靶材，将靶材放入磁控共溅射室，备用；

(2)衬底处理

对衬底依次用丙酮、甲醇、乙醇和去离子水在超声波中清洗，并用N₂气氛吹干，将处理后的衬底放入磁控共溅射室，备用；

(3)双靶溅射

通入Ar气产生辉光等离子体，采用射频磁控溅射的方法在衬底上生长掺杂的氧化镓薄膜；调节溅射气压、溅射功率和衬底温度，采用溅射工艺方法制备钽掺杂氧化镓薄膜；

(4)后退火

溅射工艺完成后，将薄膜放入退火炉进行高温退火，从而使其晶化，并得到具有均匀致密的结构的钽掺杂氧化镓薄膜成品。

作为本发明优选的技术方案，在所述在步骤(2)中，衬底采用无机材料基底或半导体材料基底。衬底进一步优选采用石英或者c面蓝宝石。