ＬｉＮｂＯ↓［３］／Ⅲ族氮化物异质结铁电半导体薄膜制备方法，采用金属有机物化学气相淀积方法在（０００１）面蓝宝石衬底上先生长ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ等异质结构材料作为缓冲层或复合衬底；然后在此缓冲层采用高纯５Ｎ的铁电材料作为靶材，用脉冲激光沉积方法在所述异质结构缓冲层或复合衬底上获得高质量铁电材料薄膜；控制生长腔的真空在１０↑［－３］Ｔｏｒｒ以上；将衬底温度升至３００－９００度，然后向腔内通入高纯氧，氧压控制在５－９０帕；调整激光器频率设置为５ＨＺ，能量为３００ｍＪ，并预先将激光预溅射靶材３－５分钟，清洁衬底表面的污染；最后，将脉冲激光聚焦于靶材上，打开靶源在异质结构复合衬底生长ＬｉＮｂＯ↓［３］／Ⅲ族氮化物异质结构铁电半导体薄膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型的利用脉冲激光沉积方法在三族氮化物及异质结上沉积铁电薄膜铌酸锂薄膜的方法，尤其是制备铁电半导体异质结构薄膜材料LiNb03/AlGaN/GaN的方 法和应用。
技术介绍
所谓铁电材料，是指材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发 极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。铁电材料的这种特性被称为铁电现象或 铁电效应。当给这种晶体加上一个电压时，这些耦极子就会在电场作用下排列。改变 电压的方向，可使耦极子的方向反转。耦极子的这种可换向性，意味着它们可以在记忆 芯片上表示一个信息单元。而且，即使在电压断开时，这些耦极子也会保持在原来的 位置，使铁电存储器不用电就能保存数据。这与大多数计算机中使用的随机存取存储器 的记忆芯片明显不同，后者需要用电才能保存数据。由于广泛的潜在应用，特别是在非挥发性、非破坏性读出存储器方面的应用，铁电 场效应晶体管(FET)的概念引起了研究者浓厚的兴趣。然而，目前在铁电氧化物处理上 仍存在困难。例如，高处理温度和产生的组分化学反应使得铁电氧化物很难集成到硅基 集成回路上。铁电材料和硅基材料集成上的困难严重限制了该领域的发展。在这种情况 下，选择能与高温铁电的处理过程相兼容的合适的半导体材料就成为铁电体/半导体器件 发展的一个根本问题。在过去的十年，鉴于GaN基材料高温高功率的电子应用，因为它具有高的热稳定性 和化学稳定性，被集中研究的GaN基体系看起来是集成铁电/半导体器件最有前景的候选 者，如A1N、 AlGaN、 GaN等材料的制备工艺也日趋成熟。由于铁电薄膜可以提供大的 极化和高的介电常数，与传统GaN基金属/二氧化硅/半导体(MOS)结构的电容一电压(C-V) 特性相比，GaN基金属/铁电体/半导体(MFS)结构的C-V特性能得到显著的提高。在MFS 结构中，GaN激活层仅在5V电压下就能得到反转，这是一般半导体集成回路应用所的要 求电压。[1'除此之外，由于纤锌矿结构的III族氮化物能够展现出强烈的极化效应，铁电薄 膜沉积在III族氮化物异质结上，能够用来裁剪和优化III族氮化物异质结界面的二维电子 气分布。从而能够导致利用两种材料各自优势的多功能应用器件出现。另一方面，对于 铁电薄膜沉积在异质结上，已经有直接的事实通过反转铁电薄膜的极化方向，能够控 制异质结二维电子气的传输特征。而且该结构在非挥发存储器应用上有潜在的应用价值， 可在铁电栅上直接畴写，提供了一种灵活的以及非破坏性的方式，能把可重写的纳米模式应用到低维半导体中来。近年来，由于具有潜在的应用性，铁电体/in族氮化物异质结构，特别是在GaN和AlGaN上，引起了广泛的关注。[2—51[1] W. P. Li， R. Zhang, Y. G. Zhou, J. Yin, H. M. Bu， Z. Y. Luo, B. Shen， Y. Shi, R. L. Jiang, S. L. Gu， Z. G. Liu, Y. D. Zheng, and Z. C. Huang, Appl. Phys. Lett. 75， 2416 (1999). B. Shen， W. P. Li， T. Someya. Z. X. Bi. J. Liu. H. M. Zhou. R. Zhang, F. Yan. Y. Shi， Z.G丄iu. Y. D. Zheng, and Y. Arakam^ Japanese Journal of Applied Physics. Parti. 41, 2528 (2002). V. Fuflyigin, A. Osinsky, F. Wang, P. Vakhutinsky, and P. Norris， Appl. Phys. Lett. 76, 1612 (2000). A. Gruvem肌，W. Cao， S. Bhaskar， and S. K. Dey, Appl. Phys. Lett. 84， 5153 (2004). [5] G. Namkoong， K-K， Lee, S. M. Madison, W. Henderson, S. E. Ralph, and W. A. Doolhtle, Appl. Phys. Lett. 87 ， 171107 (2005).
技术实现思路
本专利技术目的是提出利用脉冲激光沉积方法在m族氮化物异质结上沉积铁电铌酸锂薄膜的方法和应用；是一种LiNb03/III族氮化物异质结铁电半导体异质结构薄膜制备方法及其应用。尤其是选择能与高温铁电材料的处理过程相兼容的合适的半导体材料，利用脉冲激光沉积方法沉积铁电薄膜；本专利技术目的还在于通过控制优化反应腔真空、生长 温度、以及激光能量等生长条件获得高质量三族氮化物及其异质结构/LiNb03薄膜。本专利技术目的还在于m族氮化物及异质结上沉积铁电铌酸锂薄膜可在铁电栅上直接畴写进行应用，提供了一种灵活的以及非破坏性的方式，能把可重写的纳米模式应用到 低维半导体中来。这种铁电材料制成的芯片元件将可用于播放图像、音乐等数据所需容 量较大的手持电子装置。本专利技术的技术解决方案LiNb03/III族氮化物(如LiNb03/AlGaN/GaN等)铁电半 导体异质结构薄膜制备方法，采用金属有机物化学气相淀积方法(MOCVD)在(0001)面 蓝宝石衬底上先生长AlN/AlGaN、 AlN/GaN、 AlGaN/GaN或GaN/InGaN等异质结构材料 作为缓冲层或复合衬底；然后在此缓冲层或复合衬底上采用高纯5N的LiNb03体材料作 为靶材，用脉冲激光沉积(PLD)方法在AlGaN/GaN异质结构缓冲层或复合衬底上获得 高质量LiNb03薄膜；通过对脉冲激光沉积(PLD)反应腔真空、生长温度、以及激光能 量等生长条件的优化控制。具体技术解决方案如下1) 采用金属有机物化学气相淀积方法(MOCVD)在(0001)面蓝宝石衬底上生长 AlN/AlGaN、 AlN/GaN或AlGaN/GaN异质结构复合衬底。2) 将清洁的异质结构复合衬底安装到PLD衬底台上，并连同UNb03耙材一起放入生 长腔内。3) 用机械泵、分子泵抽生长腔，控制生长腔的真空在10—3Torr以上。4) 将衬底温度升至300-900度，然后向腔内通入高纯氧，氧压控制在5-90帕。5) 调整激光器频率设置为5HZ，能量为300mJ。并预先将激光预溅射耙材3—5分钟， 清洁衬底表面的污染。6) 最后，将脉冲激光聚焦于靶材上，在其局部形成达上千度的高温区，使区内耙材表面上几十个纳米厚的一层物质被瞬时蒸发出来，打开靶源在上述工艺条件在异质结构 复合衬底生长LiNb(VAlGaN/GaN异质结构。7)将生长好的结构材料，根据具体器件结构要求，通过半导体器件工艺制备具体的 器件。LiNb03/AlGaN/GaN铁电半导体异质结构薄膜的应用通过半导体器件工艺技术，在 该异质结构薄膜上制备各种功能结构的器件。本专利技术采用等离子辅助化学气相沉积 (PECVD)在制备的样品上沉积大约100纳米厚的二氧化硅。通过刻蚀，样品图形结构。 然后用热蒸发法在异质结表面(图中的左边)即没有铁电膜的部分镀铝电极。最后用模 版覆盖在二氧化硅表面镀圆点形状的铝本文档来自技高网...
【技术保护点】
ＬｉＮｂＯ↓［３］／Ⅲ族氮化物异质结铁电半导体薄膜制备方法，采用金属有机物化学气相淀积方法在（０００１）面蓝宝石衬底上先生长ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ或ＧａＮ／ＩｎＧａＮ异质结构材料作为缓冲层或复合衬底；然后在此缓冲层或复合衬底上采用高纯５Ｎ的ＬｉＮｂＯ↓［３］作为靶材，用脉冲激光沉积方法在所述异质结构缓冲层或复合衬底上获得高质量铁电材料薄膜；其步骤如下：将清洁的异质结构复合衬底安装到ＰＬＤ衬底台上，并连同ＬｉＮｂＯ↓［３］靶材一起放入生长腔内；用机械泵、分子泵抽生长腔，控制生长腔的真空在１０↑［－３］Ｔｏｒｒ以上；将衬底温度升至３００－９００度，然后向腔内通入高纯氧，氧压控制在５－９０帕；调整激光器频率设置为５ＨＺ，能量为３００ｍＪ，并预先将激光预溅射靶材３－５分钟，清洁衬底表面的污染；最后，将脉冲激光聚焦于ＬｉＮｂＯ↓［３］靶材上，在其局部形成达上千度的高温区，使区内靶材表面上几十个纳米厚的一层物质被瞬时蒸发出来，打开靶源在上述工艺条件在异质结构复合衬底生长ＬｉＮｂＯ↓［３］／Ⅲ族氮化物异质结铁电半导体薄膜。
【技术特征摘要】
1、LiNbO3/III族氮化物异质结铁电半导体薄膜制备方法，采用金属有机物化学气相淀积方法在(0001)面蓝宝石衬底上先生长AlN/AlGaN、AlN/GaN、AlGaN/GaN或GaN/InGaN异质结构材料作为缓冲层或复合衬底；然后在此缓冲层或复合衬底上采用高纯5N的LiNbO3作为靶材，用脉冲激光沉积方法在所述异质结构缓冲层或复合衬底上获得高质量铁电材料薄膜；其步骤如下将清洁的异质结构复合衬底安装到PLD衬底台上，并连同LiNbO3靶材一起放入生长腔内；用机械泵、分子泵抽生长腔，控制生长腔的真空在10-3Torr以上；将衬底温度升至300-900度，然后向腔内通入高纯氧，氧压控制在5-90帕；调整激光器频率设置为5HZ，能量为3...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢自力，张荣，严文生，修向前，韩平，陈鹏，陆海，赵红，刘斌，李弋，宋黎红，崔颖超，施毅，郑有炓，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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