一种制备纳米氮化镓薄膜的设备及方法技术

本发明专利技术提供了一种制备纳米氮化镓薄膜的设备及方法，包括：容纳组件，容纳组件包括封闭设置的第一容器以及设置于第一容器内部且非封闭设置的第二容器；提拉组件，提拉组件穿设连接第一容器，其包括设置于第二容器内部且沿本设备高度方向升降的基底夹；连通组件，连通组件包括连通第二容器的导入机构以及连通第一容器的导出机构

【技术实现步骤摘要】
一种制备纳米氮化镓薄膜的设备及方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体指一种制备纳米氮化镓薄膜的设备及方法
。

技术介绍

[0002]氮化镓是一种优异的直接宽带隙半导体材料，其室温下禁带宽度为
3.4 eV
，因此具有优良的光电性能
、
热稳定性及化学稳定性，由于氮化镓薄膜与其他传统薄膜材料相比，具有发光亮度高
、
发光效率高
、
使用寿命长等优点，现阶段其已经在光电子器件
、
电子器件等领域都具有广泛应用
。
[0003]目前，制备纳米氮化镓薄膜的制备方法包括金属有机化学气相沉积法
、
氢化物气相外延法
、
分子束外延法
、
脉冲激光沉积法
、
磁控溅射法
、
溶胶
‑
凝胶法等
。
其中，金属有机化学气相沉积法是以氨气为氮源，三甲基镓
(TMGa)
或三乙基镓为镓源，在高于
1000℃
温度下使得金属表面形成氮化镓薄膜
。
氢化物气相外延法则是在石英炉内由热的
HCl
气体通过热的
III
族金属，产生热的
III
族金属氯化物，然后与氨气反应在衬底上形成纳米氮化镓薄膜
。
脉冲激光沉积则是利用高能激光束作为热源来轰击
GaN
粉末，然后在蓝宝石（
Al2O3）蒸镀薄膜
。
磁控溅射法制备
GaN
薄膜的生长方式分为两种，一种是直接溅射纯的氮化镓粉末得到氮化镓薄膜，另一种是先溅射前驱体（一般为
Ga2O3）成膜，再氨化得到氮化镓薄膜
。
溶胶
‑
凝胶法则是先将溶胶凝胶法得到透明胶体涂在衬底上得到前驱体薄膜，再进行氨化处理，制备纳米氮化镓薄膜
。
[0004]虽然上述方法均能够实现制备纳米氮化镓薄膜的目的，但是在制备过程中都需要超过
1000℃
的高温环境，并且在其制备过程中均存在薄膜厚度不可控
、
产品性能不稳定以及声场效率低等问题，这些因素大大地限制了纳米氮化镓薄膜的发展及工业应用
。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中制备效率低
、
制备条件要求高
、
材料厚度不可控等问题，提供一种纳米氮化镓薄膜的制备方法及设备
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种制备纳米氮化镓薄膜的设备，包括：容纳组件，所述容纳组件包括封闭设置的第一容器以及设置于所述第一容器内部且非封闭设置的第二容器；提拉组件，所述提拉组件穿设连接所述第一容器，其包括设置于所述第二容器内部且沿本设备高度方向升降的基底夹；连通组件，所述连通组件包括连通所述第二容器的导入机构以及连通所述第一容器的导出机构
。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，所述提拉组件包括驱动所述基底夹升降的升降机构以及设置于所述升降机构上的检测机构；所述连通组件上设有防护元件
。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，其还包括辅助组件，其包括设置于所述容纳组件外围的加热机构及设置于所述连通组件与所述容纳组件之间的密封机构
。
[0009]本专利技术还提供了一种制备纳米氮化镓薄膜的方法，采用上述制备纳米氮化镓薄膜的设备进行加工，具体包括如下步骤：
S1、
在衡压条件下向容纳组件内部导入
NH3分子和液态镓，其中，所述
NH3分子位于所述第一容器内，所述液态镓位于所述第二容器内，以此创建反应空间；
S2、
将基底置于所述反应空间中使其反复浸渍所述液态镓，直至其形成具有预设厚度的第一纳米镓材料；
S3、
将所述第一纳米镓材料焙烧冷却后，得到所述纳米氮化镓薄膜
。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，步骤
S2
具体为：
S21、
通过基底夹夹持所述基底伸入所述液态镓中，使所述液态镓完全覆盖所述基底；
S22、
提升所述基底使其完全脱离所述液态镓后静置，待所述基底表面不再有所述液态镓滴落后重复上述浸渍过程，直至形成具有预设厚度的第一纳米镓材料
。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，步骤
S3
具体为：
S31、
在衡压条件下向所述容纳组件内部导入惰性气体以排出
NH3分子；
S32、
将所述第一纳米镓材料取出后置于管式炉中焙烧，待其自然冷却后得到所述纳米氮化镓薄膜
。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述惰性气体为氮气，焙烧温度为
100
～
1000℃
，焙烧时间为4～
48
小时
。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述反应空间为封闭的液氨和
/
或氨气空间，其内部反应压力恒定保持在
0.01MPa
～
10.00MPa。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，步骤
S2
中，反应温度为
30℃
～
300℃。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述纳米氮化镓薄膜厚度为1～
200
纳米；所述基底基材为金属
、
氧化硅
、
氧化铝中的一种或多种
。
[0016]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本专利技术所述的制备纳米氮化镓薄膜的设备及方法，通过容纳组件创建反应空间，并通过提拉组件实现基底与液态镓之间的涂覆固定，此过程的氨化不涉及高温，整体反应所需的作用条件温和，并且直接使用液体金属镓为原料，不需要复杂地还原过程即可一步形成纳米氮化镓，另外，本方案中作用试剂简单易得
、
成本低
、
有效地改善了制备
GaN
纳米膜所产生的能耗高，工艺复杂，厚度不可控，耗时长且无法大面积制备的问题，是一种兼具环保
、
快捷且厚度可控的新型纳米氮化镓薄膜制备技术，因此具有重要的科技
、
经济和社会意义
。
附图说明
[0017]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
。
[0018]图1是本专利技术优选实施例中制备纳米氮化镓薄膜的设备的立体示意图；图2是本专利技术另一优选实施例中制备的氮化镓薄膜的原子力显微图；图3是图2中氮化镓薄膜的透射电子显微镜平面图；图4是本专利技术第三优选实施例中制备的氮化镓薄膜的原子力显微图；图5是图4中氮化镓薄膜的透射电子显微镜平面图；图6是本专利技术第四优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种制备纳米氮化镓薄膜的设备，其特征在于：包括：容纳组件，所述容纳组件包括封闭设置的第一容器以及设置于所述第一容器内部且非封闭设置的第二容器；提拉组件，所述提拉组件穿设连接所述第一容器，其包括设置于所述第二容器内部且沿本设备高度方向升降的基底夹；连通组件，所述连通组件包括连通所述第二容器的导入机构以及连通所述第一容器的导出机构
。2.
根据权利要求1所述的制备纳米氮化镓薄膜的设备，其特征在于：所述提拉组件包括驱动所述基底夹升降的升降机构以及设置于所述升降机构上的检测机构；所述连通组件上设有防护元件
。3.
根据权利要求1所述的制备纳米氮化镓薄膜的设备，其特征在于：其还包括辅助组件，所述辅助组件包括设置于所述容纳组件外围的加热机构及设置于所述连通组件与所述容纳组件之间的密封机构
。4.
一种制备纳米氮化镓薄膜的方法，其特征在于：采用权利要求1‑3中任意一项所述的制备纳米氮化镓薄膜的设备进行加工，具体包括如下步骤：
S1、
在衡压条件下向容纳组件内部导入
NH3分子和液态镓，其中，所述
NH3分子位于所述第一容器内，所述液态镓位于所述第二容器内，以此创建反应空间；
S2、
将基底置于所述反应空间中使其反复浸渍所述液态镓，直至其形成具有预设厚度的第一纳米镓材料；
S3、
将所述第一纳米镓材料焙烧冷却后，得到所述纳米氮化镓薄膜
。5.
根据权利要求4所述的制备纳米氮化镓薄膜的方法，其特征在于：步骤
S2
具体为：
S21、
通过基底夹夹持所述基底伸入所述液态镓中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞雅萍，陈星回，顾吴越，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：