专利名称：一种组分可调非晶InAs<sub>x</sub>Sb<sub>1-x</sub>薄膜材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体材料技术领域，属于半导体光电子新型材料的磁控溅射制备领域。
技术背景m-V族InAsxSbk三元合金材料的带隙覆盖范围是3-12nm，是典型的红外波段窄禁带材 料，具有稳定性好，响应快(次ns级)，施主和受主性能好，工作波段(5-8nm)的探测率高， 能达到精确探测的要求。而且与HgCdTe材料相比具有以下优点(1) InAsxSbk的带隙对组分的依赖关系比HgCdTe弱，带隙易于控制，能克服HgCdTe 大面积组分不均匀的缺点，对焦平面列阵器件尤为有利。(2) Hg-Te之间为易断的离子键，且Hg易扩散，从而造成器件制作的困难，即使采用 HgTe/CrTe超晶格，亦因其界面互扩散不稳定性而难以实现，而共价的InAsxSb^化合物能承 受器件工艺的各种处理，使材料硬度、热稳定性、抗辐射能力增强。(3) 利用InAsxSb!.x应变层超晶格电子迁移率高，电子有效质量比HgCdTe大的特点，在 较高的响应速度下，利于降低隧穿效应，减少暗电流。但是生长InAsxSbk晶体的费用昂贵，材料与衬底存在晶格失配问题。制备出非晶态 InAsxSbh薄膜，将解决晶体材料上述问题。并且非晶态InAsxSb^薄膜表现出明显的半导体特 性，有望开发出具有实用价值的半导体器件。制备出组分可调InA、Sbk薄膜将推动非晶红外 材料和器件的发展。磁控溅射技术由于其生长温度低、薄膜粘附性好、膜质均匀致密、工艺 可控性强等优点，被广泛用来制备非晶态薄膜材料。采用磁控溅射技术开展组分可调非晶 InAsxSbk薄膜的制备，将推动非晶InAsxSb!-x在光电子器件上的应用。 发明内容(一) 要解决的技术问题我们发明的目的在于提供一种组分可调非晶InAsxSb^薄膜的双靶溅射制备方法，在保证 非晶InAsxSbk薄膜的完全无序结构前提下，制备出组分可调非晶InAsxSb^，并且优化工艺提 高非晶InAsxSbi.x薄膜的光电性能和表面形貌。(二) 技术方案为了达到上述目标，本发明的技术方案包括双靶溅射制备和制备后热退火工艺，具体包括A、采用双靶磁控溅射技术在石英衬底上制备组分可调的非晶InAsxSb^ (0^^1)薄膜；B、在磁控溅射系统的真空室内，150'C条件下恒温热退火。所述步骤A之前进一步包括采用纯度为99.99%以上的InAs单晶靶和InSb多晶靶。先将InAs靶靶基距固定在80mm， InSb靶靶基距固定在50mm，再将石英衬底用丙酮、乙醇超声清洗10min，用去离子水(DI) 清洗两次，放在分析纯乙醇中，用氮气吹干，装到样品托盘上固定，最后将样品托盘快速放 入真空室。 ' 所述步骤A包括通过水冷，衬底温度固定为20'C，当背底真空度小于lC^Pa时，调节质量流量计，充入 氩气，氩气充入前要经过气体纯化器去除杂质。通过改变闸板阀的开启大小来控制抽出气体 的速率实现溅射压强为3-4Pa，准备溅射。为了除去靶材表面的污染，要预溅射靶材数分钟。InAs靶溅射功率为0-80W， InSb靶溅 射功率为0W-120W。当反射功率调至最小时，将衬底移出挡板，溅射正式开始，溅射1个小 时。所述步骤B包括关闭射频源，衬底移上挡板，将衬底温度降至15(TC，在背底真空度小于10—卞a时开始计 时，热退火3个小时。 (三)有益效果根据上述技术方案，本发明具有以下有益效果1、 利用本发明，制备了完全非晶结构的InAsxSbLx薄膜，薄膜的无序化程度很高，非晶 InAsxSbk薄膜透射电子衍射谱(TEM)证明薄膜的完全非晶结构，如图l所示，非晶lnAsxSb^ 薄膜的TEM。2、 本发明，制备出了组分可调非晶InAsxSb^薄膜(OSd)。3、 利用本发明，帝U备非晶InAsxSbLx薄膜的表面均匀、光滑，如图2，为所制备样品的扫 描电镜图(SEM)。.4、本发明所制备组分可调非晶InAsxSbLx薄膜的光学带隙在0.41-0.7eV之间，光敏为3左 右。
权利要求
1、一种组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜材料的溅射制备方法，包括双靶溅射制备和制备后热退火工艺。
2、 根据权利要求l所述的组份可调非晶InAsxSb^薄膜，其特征在于，如步骤A之前进 一步所述，InAs靶靶基距固定在80mm， InSb靶靶基距固定在50mm 。
3、 根据权利要求l所述的组份可调非晶InAsxSbh薄膜，其特征在于，如步骤A所述， 衬底温度为20°C ，工作气压为3-4Pa， InAs靶溅射功率为0-80W， InSb靶溅射功率为0W-120W。
4、 根据权利要求1所述的的组份可调非晶InAs,Sbh薄膜，其特征在于，如步骤B所述， 退火温度15(TC，退火时间3小时。
5、 根据权利要求1所述的组份可调非晶InAsxSbk薄膜，其特征在于，0^cSl，光学带 隙在0.41-0.7eV之间，光敏为3左右。
全文摘要
III-V族InAs<sub>x</sub>Sb<sub>1-x</sub>三元合金材料是典型的红外波段窄禁带材料，具有稳定性好，响应快，施主和受主性能好，工作波段的探测率高，能达到精确探测的要求。制备出非晶态InAs<sub>x</sub>Sb<sub>1-x</sub>薄膜将解决生长InAs<sub>x</sub>Sb<sub>1-x</sub>晶体的生长费用昂贵，材料与衬底存在晶格失配问题。并且非晶态InAs<sub>x</sub>Sb<sub>1-x</sub>薄膜表现出明显的半导体特性，有望开发出具有实用价值的半导体器件。我们发明的目的在于提供一种组分可调非晶InAs<sub>x</sub>Sb<sub>1-x</sub>薄膜的双靶溅射制备方法，在保证非晶InAs<sub>x</sub>Sb<sub>1-x</sub>薄膜的完全无序结构前提下，制备出组分可调非晶InAs<sub>x</sub>Sb<sub>1-x</sub>，这为研制红外探测器及其他非晶态光电子器件奠定基础。
文档编号H01L31/0264GK101591770SQ20091006682
公开日2009年12月2日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者么艳平, 乔忠良, 刘国军, 轶 曲, 梅 李, 辉 李, 李占国, 王玉霞, 鹏 芦, 薄报学, 甫 陈, 欣 高, 魏永平 申请人:长春理工大学