一种霍尔元件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及传感技术领域，所述的霍尔元件，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。非掺杂锑化铟层为弱N型，P型锑化铟层作为过渡层，会在两者界面处会形成一个空间电荷区，而金属电极只接触功能层部分，在霍尔元件工作过程中，P型过渡层是不参与导通的，因此，P型锑化铟层不影响器件性能。而因为P型锑化铟层的存在，形成在其上方的非掺杂锑化铟层缺陷密度大幅减小，从而材料的迁移率大幅增加，进而有效提高了霍尔元件灵敏度。所述的霍尔元件的制备方法，工艺成熟，方法简单、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感领域，具体涉及一种高灵敏度锑化铟霍尔元件及其制备方法。
技术介绍
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，一般用于检测磁场及其变化。霍尔元件的灵敏度和材料的迁移率密切相关。为了进一步提升霍尔元件的灵敏度，人们采用化合物半导体替代硅，获得了性能非常优异的霍尔元件。锑化铟霍尔元件以其超高的灵敏度而被人们广泛关注，在化合物半导体霍尔元件市场占据主导地位。现有技术中，锑化铟霍尔元件的功能层主要采用真空蒸镀的方法制备，然后再转移到磁芯上制作成元件。真空蒸镀工艺制备的锑化铟薄膜，迁移率一般在20000cm2/Vs左右，采用分子束外延(MBE)或者金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)工艺进行制备，锑化铟薄膜的迁移率可以达到45000cm2/Vs左右，而锑化铟的体材料的迁移率可以达到78000cm2/Vs，现有技术形成的膜材料的迁移率均与体材料的迁移率依然相距甚远，这限制了锑化铟霍尔元件灵敏度的提高。另外，采用MBE或者MOCVD方式生长的锑化铟薄膜，因为衬底较厚，无法采用传统的磁芯聚磁方法提升灵敏度，严重影响其推广和使用。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的是现有锑化铟霍尔元件中，由于锑化铟迁移率低影响其性能的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种霍尔元件，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。可选地，所述P型锑化铟层的厚度为20nm～1000nm；可选地，所述锑化铟层厚度为100nm-2000nm。还包括形成在所述非掺杂锑化铟层上的电极和磁芯。本专利技术还提供所述的霍尔元件的制备方法，包括如下步骤：在衬底上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成P型锑化铟层；在所述P型锑化铟层上形成非掺杂锑化铟层；除去所述牺牲层。可选地，所述牺牲层为铝镓砷层，厚度为5nm～100nm，通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。可选地，所述P型锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。可选地，所述P型锑化铟层的生长方法为：以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、二乙基锌(DEZn)或二茂镁(Cp2Mg)为掺杂源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；或者，以固态锑为锑源、固态铟为铟源、固态铍(Be)或固态锌(Zn)或固态镁(Mg)作为掺杂源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。可选地，所述非掺杂锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。可选地，所述非掺杂锑化铟层的生长方法为：以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；或者，以固态锑为锑源，固态铟为铟源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。可选地，所述除去所述牺牲层的步骤包括：在所述非掺杂锑化铟层表面形成保护膜，将晶片放置在氢氟酸溶液中，对所述牺牲层进行腐蚀。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：1、本专利技术实施例提供一种霍尔元件，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。非掺杂锑化铟层为弱N型，P型锑化铟层作为过渡层，会在两者界面处会形成一个空间电荷区，而电极只接触功能层部分，在霍尔元件工作过程中，P型过渡层是不参与导通的，因此，P型锑化铟层不影响器件性能。而因为P型锑化铟层的存在，形成在其上方的非掺杂锑化铟层缺陷密度大幅减小，从而材料的迁移率大幅增加，进而有效提高了霍尔元件灵敏度。2、本专利技术实施例提供所述的霍尔元件的制备方法，包括如下步骤：在衬底上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成P型锑化铟层；在所述P型锑化铟层上形成非掺杂锑化铟层；除去所述牺牲层。工艺成熟，方法简单、可靠。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1是本专利技术实施例所述的霍尔元件制备过程中的结构示意图；图2是本专利技术实施例所述的霍尔元件结构示意图；图3是本专利技术实施例所述的霍尔元件俯视图；图中附图标记表示为：1-衬底、2-牺牲层、3-P型锑化铟层、4-锑化铟层、5-基板、6-电极、7-磁芯。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步地详细描述。本专利技术可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本专利技术的构思充分传达给本领域技术人员，本专利技术将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。实施例本实施例提供一种霍尔元件，如图2、图3所示，包括依次层叠设置的基板5、P型锑化铟层3、非掺杂锑化铟层4；还包括形成在非掺杂锑化铟层4上的电极6和磁芯7。非掺杂锑化铟层4为弱N型，P型锑化铟层3作为过渡层，会在两者界面处会形成一个空间电荷区，而电极6只接触功能层部分，在霍尔元件工作过程中，P型过渡层3是不参与导通的，因此，P型锑化铟层3不影响器件性能。而因为P型锑化铟层3的存在，形成在其上方的非掺杂锑化铟层4缺陷密度大幅减小，从而材料的迁移率大幅增加，进而有效提高了霍尔元件灵敏度。P型锑化铟层3的厚度为20nm～1000nm；非掺杂锑化铟层4厚度为100nm-2000nm；电极6可以为金属电极或石墨烯电极。作为本专利技术的一个实施例，本实施例中，基板5为磁性基板，P型锑化铟层的厚度为500nm；非掺杂锑化铟层厚度为800nm；电极6为Mo电极。本实施例还提供的霍尔元件的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：S1、在衬底1上形成牺牲层2；在衬底1为砷化镓衬底，牺牲层2为铝镓砷(Al组分大于0.7)层；厚度为5nm～100nm，通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。作为本专利技术的一个实施例，本实施例中，牺牲层2厚度为20nm，通过化学气相沉积工艺制备。S2、在牺牲层2上形成P型锑化铟层3；P型锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。作为本专利技术的一个实施例，本实施例中，P型锑化铟层的生长方法为：以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、二乙基锌(DEZn)或二茂镁(Cp2Mg)为掺杂源、氢气(H2)为载气，生长温度为400℃-600℃，压力为20-500mbar，Ⅴ/Ⅲ比为1-200，进行生长；作为本专利技术的可变换实施例，P型锑化铟层的生长方法还可以为：以固态锑为锑源、固态铟为铟源、固态铍(Be)或固态锌(Zn)或固态镁(Mg)作为掺杂源，生长温度300℃-550℃，压力为1E-10Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1-100，进行生长。S3、在P型锑化铟层3上形成非掺杂锑化铟层4；非掺杂锑化铟层4通过外延生长工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种霍尔元件，其特征在于，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。

【技术特征摘要】
1.一种霍尔元件，其特征在于，包括依次层叠设置的基板、P型锑化铟层、非掺杂锑化铟层。2.根据权利要求1所述的霍尔元件，其特征在于，所述P型锑化铟层的厚度为20nm～1000nm；所述锑化铟层厚度为100nm-2000nm。3.根据权利要求1或2所述的霍尔元件，其特征在于，还包括形成在所述非掺杂锑化铟层上的电极和磁芯。4.一种权利要求1-3任一项所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在衬底上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成P型锑化铟层；在所述P型锑化铟层上形成非掺杂锑化铟层；除去所述牺牲层。5.根据权利要求4所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述牺牲层为铝镓砷层，厚度为5nm～100nm，通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。6.根据权利要求4或5所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述P型锑化铟层通过外延生长工艺或化学气相沉积工艺制备。7.根据权利要求4-6任一项所述的霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述P型锑化铟层的生长方法为：以三甲基锑(TMSb)或三乙基锑(TESb)为锑源、三甲基铟(TMIn)为铟源、二乙基锌(DEZn)或二茂镁(Cp2Mg)为掺杂源、氢气(H2...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡双元，黄勇，颜建，朱忻，
申请(专利权)人：苏州矩阵光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32