一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法技术

本发明专利技术属于半导体薄膜材料制备领域，具体公开了一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法，本发明专利技术首先使用电子束蒸发镀膜机以氧化镓和氧化铟颗粒为蒸发料在衬底上进行蒸发镀膜，按照氧化镓

【技术实现步骤摘要】
一种具有自组装孔洞结构掺铟
β
相氧化镓薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体薄膜材料制备领域，具体涉及一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]纳米孔洞材料指材料内部存在大量具有纳米尺度的孔洞，宏观上表现为粉体、薄膜或其他类型的材料。这类材料除了具有材料本身自有的特性，还具有孔隙率高、比表面积大等特性，被归类为新型纳米功能材料。随着对该材料深入的研究，发现其在信号检测、纳米流体等诸多领域有着十分广阔的应用前景。如何高效可控地制备出符合要求的纳米孔洞材料是实现广阔应用的材料基础。Wu等人对多孔石墨烯的研究结果表明纳米孔洞的存在大大降低了石墨烯纳米带的热导；梁倩等人通过制备具有纳米孔洞结构的VO2薄膜提高了其在红外区域的透过率；专利“CN105891917B”公开了一种基于多孔氧化铝的可见
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近红外宽波段吸收器的制备方法。氧化镓半导体薄膜材料自身也具有优异的电学、光学特性，通过能带调控使其在未来的功率、日盲探测等电子学器件应用中具有独特优势。
[0003]目前常用的合成纳米孔洞结构薄膜的方法包括离子束雕刻法、电子束刻蚀法以及核径迹刻蚀法等。这些方法都存在一定的刻蚀损伤，对薄膜的质量有所影响。专利“CN112359417A”公开了一种无掩模原位横向外延α相氧化镓薄膜的制备方法，大大减少了刻蚀损伤，提高了薄膜质量。但物相运输化学气相沉积方法对反应过程的要求较高且制备出来的氧化镓薄膜不含有孔洞结构。本专利技术采用电子束蒸发方法来制备具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜，本专利技术方法通过简便的实验操作得到孔洞尺寸与密度不同的掺铟β相氧化镓薄膜，成膜过程中无刻蚀损伤，保证了薄膜质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法。本专利技术使用电子束蒸发方法，以氧化镓颗粒和氧化铟颗粒为原料蒸发制备具有特定厚度的薄膜，并在氮气氛围中进行不同温度热退火处理，从而形成具有不同尺寸孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜，该薄膜制备工艺简单，结晶良好，在近红外波段具有明显吸收。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法，按照以下步骤进行：
[0006]步骤1)将蒸发料分别置于不同的水冷坩埚中，蒸发料包括氧化镓和氧化铟颗粒；
[0007]步骤2)将衬底用超声波清洗机分别在丙酮、乙醇及去离子水中清洗15
‑
20分钟，并用洗耳球将衬底表面吹干后放置到真空腔室的样品架上；
[0008]步骤3)开启抽真空系统，将真空腔室气压抽至5
×
10
‑3Pa以下；
[0009]步骤4)打开电子枪电源，在真空条件下在衬底上依序进行电子束蒸发镀膜，蒸镀顺序为氧化镓、氧化铟和氧化镓，得到“三明治结构”的初级膜；
[0010]步骤5)关闭电子枪，随炉自然冷却至室温后取出初级膜；
[0011]步骤6)将初级膜在氮气氛围中退火，得到具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜。
[0012]进一步的，所述蒸发料选用的纯度均为99.99％以上。
[0013]进一步的，所述蒸发料与硅衬底的距离为45～75cm，蒸发料与电子枪灯丝的距离为20～30mm。
[0014]进一步的，所述初级膜中氧化镓、氧化铟和氧化镓的厚度分别为100～200nm、1～4nm和100～200nm。
[0015]进一步的，所述初级膜中氧化镓、氧化铟和氧化镓的厚度分别为148nm、4nm和148nm。
[0016]进一步，所述自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的总厚度为200～400nm。
[0017]进一步的，所述初级膜的退火温度为800～1200℃，退火时间为30～120min，由室温升温得到，升温速率优选为5℃/min。
[0018]进一步的，所述初级膜的退火温度为950℃或为1025℃或为1100℃，退火时间为90min。
[0019]进一步的，所述自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜为单斜晶型。
[0020]进一步的，所述衬底材料为硅，或为石英，或为蓝宝石等能耐高温的衬底。
[0021]本专利技术与现有技术相比的有益效果体现在：
[0022]1、以氧化镓和氧化铟颗粒为蒸发料在衬底上进行蒸发镀膜，按照氧化镓
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氧化铟
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氧化镓的蒸镀顺序形成“三明治结构”，然后在氮气中进行不同温度的退火处理，形成结晶质量良好，成膜均匀且具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜。
[0023]2、与其它薄膜制备工艺相比，电子束蒸发可以进行多种蒸发料蒸镀，蒸镀的不同膜层厚度可调，因此可制备具有不同孔洞深度的孔洞结构。
[0024]3、通过电子束蒸发制备的具有自组装孔洞结构的氧化镓薄膜在不同退火温度下具有不同孔洞直径与孔洞密度的孔洞结构，对实施例的测试结果表明，采用本专利技术提供的方法得到的氧化镓薄膜结晶好，孔洞分布均匀，在红外波段有较强吸收。
附图说明
[0025]图1是实施例在Si衬底上获得的氧化镓薄膜结构示意图。
[0026]图2是实施例1
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3制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的XRD图。
[0027]图3是实施例1
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3制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的室温PL图。
[0028]图4是实施例1
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3制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的FTIR图。
[0029]图5是实施例1制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的表面SEM图。
[0030]图6是实施例2制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的表面SEM图。
[0031]图7是实施例3制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的表面SEM图。
[0032]图8是实施例1制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的截面SEM图。
[0033]图9是实施例2制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的截面SEM图。
[0034]图10是实施例3制备的具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜的截面SEM图。
[0035]图11是对照组具有自组装孔洞结构的未退火掺铟氧化镓薄膜的表面SEM图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不应仅限于这些实施例。
[0037]一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法，按照以下步骤进行：
[0038]步骤1)将蒸发料分别置于不同的水冷坩埚中，蒸发料包括氧化镓和氧化铟颗粒，氧化镓和氧化铟颗粒的纯度为99.99％以上。
[0039]步骤2)将衬底用超声波清洗机分别在丙酮、乙醇及去离子水中清洗15
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20分钟，并用洗耳球将衬底表面吹干后放置到真空腔室的样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行：步骤1)将蒸发料分别置于不同的水冷坩埚中，蒸发料包括氧化镓和氧化铟颗粒；步骤2)将衬底用超声波清洗机分别在丙酮、乙醇及去离子水中清洗15
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20分钟，并用洗耳球将衬底表面吹干后放置到真空腔室的样品架上；步骤3)开启抽真空系统，将真空腔室气压抽至5
×
10
‑3Pa以下；步骤4)打开电子枪电源，在真空条件下在衬底上依序进行电子束蒸发镀膜，蒸镀顺序为氧化镓、氧化铟和氧化镓，得到“三明治结构”的初级膜；步骤5)关闭电子枪，随炉自然冷却至室温后取出初级膜；步骤6)将初级膜在氮气氛围中退火，得到具有自组装孔洞结构的掺铟β相氧化镓薄膜。2.根据权利要求1所述的一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法，其特征在于：所述蒸发料选用的纯度均为99.99％以上。3.根据权利要求1所述的一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法，其特征在于：所述蒸发料与硅衬底的距离为45～75cm，蒸发料与电子枪灯丝的距离为20～30mm。4.根据权利要求1所述的一种具有自组装孔洞结构掺铟β相氧化镓薄膜的制备方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任卫，李雪梅，周倩，夏军波，徐通，张林基，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：