【技术实现步骤摘要】
本公开涉及半导体材料制备，尤其涉及一种镓酸锌靶材制备方法和镓酸锌靶材。
技术介绍
1、随着信息化社会的进步，超宽禁带半导体作为一种高性能的电子材料，受到了越来越多的关注和应用。超宽禁带半导体器件可以在高温、高压、高频等极端环境下工作，适用于轨道交通、半导体照明、高压输变电、紫外探测等领域的高端需求，因此成为了国际半导体器件和材料的研究和产业化的热点。在众多的超宽禁带半导体材料中，三元氧化物镓酸锌(znga2o4)是一种新兴的材料，它具有超宽的禁带宽度(～4.5ev)、高的电子迁移率和优异的热稳定性，因此在日盲紫外探测和功率器件领域有着广阔的应用潜力，引起了研究者的广泛兴趣。镓酸锌的晶体结构是尖晶石型，属于立方晶系的面心立方点阵，其空间点群为fd3m，晶格常数在尖晶石结构中，氧离子按立方密积排列，形成四面体和八面体，其中锌离子占据八分之一的四面体间隙，镓离子占据二分之一的八面体间隙，这样就构成了镓酸锌的基本单元。由于锌(zn)的蒸汽压远远高于镓(ga)的蒸汽压，因此在物理气相沉积技术(脉冲激光沉积和磁控溅射等)利用化学计量比的靶材在沉积薄膜过程中导致锌原子的大量挥发，使得薄膜的zn/ga原子比例小于1:2，这将会影响材料的晶体结构、能带和电学特性，对薄膜质量和性能带来不利影响。为了避免锌元素挥发对薄膜结构和电学等特性的影响，一种常用的方法是使用富锌的镓酸锌靶材，即在靶材中增加锌的含量，使得zn/ga原子比例大于1:2，这样在高温沉积过程中，即使锌原子挥发，也能保证制备的薄膜中化学计量比实现或接近1:2，从而获得高质量的镓酸锌薄膜。
2、镓酸锌靶材是通过混合氧化镓(ga2o3)粉末和氧化锌(zno)粉末均匀后,在高温下固相反应烧结而成的。通常在高温烧结时，由于原子或分子间热运动增强导致结构紧密，从而使靶材朝向中心和底部收缩。由于富锌的镓酸锌靶材在高温烧结过程中含有过量的氧化锌，而氧化锌相比于镓酸锌在高温下有更大的收缩比例，这导致烧结后的靶材中氧化锌在靶材下表面富集，使得靶材中锌组分从下表面到上表面逐渐降低，因此制备的富锌的镓酸锌靶存在组分分布不均匀的问题。
技术实现思路
1、本公开提供了一种镓酸锌靶材的制备方法和镓酸锌靶材，以至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
2、根据本公开的第一方面，提供了一种镓酸锌靶材，包括如下步骤：
3、步骤1)：将氧化锌粉末和氧化镓粉末混合得到混合粉末，将混合粉末与溶剂混合后，通过球磨获得浆料；
4、步骤2)：将浆料烘干，而后研磨成粉末；
5、步骤3)：将粉末压制成素坯；
6、步骤4)：将素坯进行第一次烧结，得到半成品靶材，其中第一次烧结温度为1250～1650℃；
7、步骤5)：将步骤4)得到的半成品靶材倒置后进行第二次烧结，得到所述镓酸锌靶材，其中第二次烧结温度为800～1300℃，并且所述第二次烧结温度小于第一次烧结温度。
8、在一可实施方式中，所述步骤5)中，第二次烧结时间为4～10h。
9、在一可实施方式中，所述步骤5)中，是以3～8℃/min升温速率升温到第二次烧结温度。
10、在一可实施方式中，所述步骤5)中，在进行第二次烧结前还预先进行第一次保温，第一次保温时的第一保温温度为700～1000℃，且所述第一保温温度小于等于所述第二次烧结温度。
11、在一可实施方式中，所述步骤5)中，是从室温开始以3～10℃/min的升温速率升温至所述第一保温温度，保温时间为30～90min；然后以3～8℃/min的升温速率升温到第二次烧结温度，持续烧结4～10h；而后，以3～8℃/min的降温速率降温至第二保温温度，该第二保温温度为700℃～1000℃并且该第二保温温度小于第二烧结温度，保持温度30min；最后再以3～8℃/min的降温速率降温至室温。
12、在一可实施方式中，所述步骤1)中，依照氧化锌和氧化镓质量比为3:7～7:3的比例分别称取氧化锌粉末和氧化镓粉末，然后将二者混合得到混合粉末，将混合粉末加入溶剂中，然后球磨6～10h，得到研磨浆料。
13、在一可实施方式中，所述步骤1)中，所述溶剂与所述混合粉末的质量比为1:2～2:1；
14、所述溶剂为酒精或去离子水。
15、在一可实施方式中，所述步骤2)中，所述烘干为在80～150℃恒温加热2～6h。
16、在一可实施方式中，所述步骤3)中，在100～500mpa压力下冷等静压保持5～10min，获得所述素坯；
17、所述素坯的相对密度为53％～62％。
18、在一可实施方式中，所述步骤4)中，第一次烧结时间为6～12h，并且所述第一次烧结时间大于等于第二次烧结时间。
19、在一可实施方式中，所述步骤4)中，是以3～8℃/min的升温速率升温到所述第一次烧结温度。
20、在一可实施方式中，所述步骤4)中，将所述素坯放入到高温管式炉中，从室温开始，以3～10℃/min的升温速率升温至1000℃时，保温30～90min，然后再以所述3～8℃/min升温速率升温至第一次烧结温度，持续烧结6～12h；而后以3～8℃/min降温速率降温至1000℃时保温30～90min；最后再以3～8℃/min降温速率降温至室温。
21、第二方面，本申请提供了一种镓酸锌靶材，它是通过第一方面中任意一可实施方式中的制备方法制备得到。
22、与现有技术相比，本申请的优点在于：本申请在靶材第一次烧结后，将靶材富锌面朝上进行第二次高温烧结，使烧结的镓酸锌靶材组分分布更均匀，使得使用该镓酸锌靶材的氧化物薄膜晶体质量和工艺稳定性得到提高，同时生产工艺简单，适用于工业化生产。本申请采用两次高温烧结靶材技术，在靶材第一次烧结后，增加将靶材倒置富锌面朝上进行第二次高温烧结，增加的第二次倒置烧结靶材将会使靶材内部组分分布更均匀，从而获得锌和镓组分均匀的镓酸锌靶材。
23、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种镓酸锌靶材的制备方法，其特征在于：包括，
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，第二次烧结时间为4～10h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，是以3～8℃/min升温速率升温到第二次烧结温度。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，在进行第二次烧结前还预先进行第一次保温，第一次保温时的第一保温温度为700～1000℃，且所述第一保温温度小于等于所述第二次烧结温度。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，是从室温开始以3～10℃/min的升温速率升温至所述第一保温温度，保温时间为30～90min；然后以3～8℃/min的升温速率升温到第二次烧结温度，持续烧结4～10h；而后，以3～8℃/min的降温速率降温至第二保温温度，该第二保温温度为700℃～1000℃并且该第二保温温度小于第二烧结温度，保持温度30min；最后再以3～8℃/min的降温速率降温至室温。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述烘干为在80～150℃恒温加热2～6h。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，在100～500Mpa压力下冷等静压保持5～10min，获得所述素坯；
10.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，第一次烧结时间为6～12h，并且所述第一次烧结时间大于等于第二次烧结时间。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，是以3～8℃/min的升温速率升温到所述第一次烧结温度。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，将所述素坯放入到高温管式炉中，从室温开始，以3～10℃/min的升温速率升温至1000℃时，保温30～90min，然后再以所述3～8℃/min升温速率升温至第一次烧结温度，持续烧结6～12h；而后以3～8℃/min降温速率降温至1000℃时保温30～90min；最后再以3～8℃/min降温速率降温至室温。
13.一种镓酸锌靶材，其特征在于：它是通过权利要求1-12任意一项所述的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种镓酸锌靶材的制备方法，其特征在于：包括，
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，第二次烧结时间为4～10h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，是以3～8℃/min升温速率升温到第二次烧结温度。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，在进行第二次烧结前还预先进行第一次保温，第一次保温时的第一保温温度为700～1000℃，且所述第一保温温度小于等于所述第二次烧结温度。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，是从室温开始以3～10℃/min的升温速率升温至所述第一保温温度，保温时间为30～90min；然后以3～8℃/min的升温速率升温到第二次烧结温度，持续烧结4～10h；而后，以3～8℃/min的降温速率降温至第二保温温度，该第二保温温度为700℃～1000℃并且该第二保温温度小于第二烧结温度，保持温度30min；最后再以3～8℃/min的降温速率降温至室温。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，依照氧化锌和氧化镓质量比为3:7～7:3的比例分别称取氧化锌粉末和氧化镓粉末，然后将二者混合得到混合粉末，将混合粉末加入溶剂中，然后球磨6～10h...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩冬阳，张文瑞，胡束东，刘凯森，叶继春，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。