一种基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构的制作方法
【专利摘要】本专利公开了一种基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构，其结构为在衬底上沉积10-200组周期膜系，而周期膜系由重掺杂半导体薄膜层和氧化物薄膜层构成，此多层周期性膜系结构具有在红外特定波段吸收率达到99%的近完全吸收特性。本专利的优点是：工艺简单，成本低，偏正不敏感，角度不敏感，可控性好，协调性高，可大面积生长，纳米加工技术成熟；本专利制备的红外波段近完全吸收多层周期性膜系，在探测器，空间分辨等领域有广阔应用前景。
【专利说明】一种基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构【技术领域】
[0001] 本专利涉及半导体材料技术，具体指一种基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的高速发展，电磁材料对当前的信息、国防、经济、医学等领域产生了愈来愈广泛而深度的影响。近年来，新型人工电磁材料中的近完全吸收得到了越来越广泛的关注，并应用于热辐射器、探測器、传感器、空间分辨等领域。本专利针对红外波段近完全吸收技术提出了可利用于探测器、空间分辨等领域的多层周期性膜系的制备方法。
[0003]一直以来，构造ー种金属-绝缘体-金属多层薄膜并且在表面刻蚀周期性结构是近完全吸收技术中的主流思想。而在红外波段实现近完全吸收，材料表面的周期结构必须要在数百纳米的范围内，而且周期内部的结构有特定的要求，在金属表面的小周期的高精度的刻蚀是很难进行大面积的刻蚀，成为阻碍红外波段近完全吸收技术发展的一大障碍。在空间分辨领域中，小的像元大面积排列是直接评判的空间分辨的ー项重要參数。重掺杂半导体在红外波段具有和金属类似的性质，而相比金属有介电常数可调，纳米加工技术成熟，协调性好等优点，因此近年来重掺杂半导体代替金属，构建新型人工电磁材料得到广泛的关注。本专利利用重掺杂半导体构建多层周期性膜系实现了红外波段的近完全吸收，在探測器、空间分辨领域存在潜在的应用前景。
【发明内容】
[0004]本专利的目的是提供一种实现红外波段近完全吸收的多层周期性膜系结构，制备方法简单又实现大面积生长。
[0005]本专利的方法是在任意表面平整衬底上利用气相沉积、液相沉积和溅射的方法生长重掺杂半导体薄膜和氧化物多层周期性膜系。
[0006]本专利所涉及的基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构，其特征在于:
[0007]所述的基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构为在衬底I上沉积10-200组周期膜系2 ；
[0008]所述的衬底I采用半导体晶片，玻璃或者金属；
[0009]所述周期膜系2由重掺杂半导体薄膜层2-1和氧化物薄膜层2-2构成；重掺杂半导体薄膜层2-1是材质为重掺杂铝氧化锌，重掺杂镓氧化锌或者重掺杂铟氧化钛的重掺杂宽禁带半导体薄膜，其载流子浓度为1019-1021cm_3，薄膜厚度为20nm-200nm ;氧化物薄膜层2-2是氧化锌、氧化铝、氧化钛或氧化硅薄膜，薄膜厚度为5nm-200nm。
[0010]所述基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构是用气相沉积、液相沉积货溅射方法制备。
[0011]本专利的优点是:エ艺简単，成本低，偏正不敏感，角度不敏感，可控性好，协调性高，可大面积生长，纳米加工技术成熟。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1:多层周期性膜系结构的示意图。
[0013]图2:多层周期性膜系结构的反射透射谱。
[0014]图3:多层周期性膜系结构的吸收谱。
【具体实施方式】:
[0015]实施例1:
[0016]在25°C温度下，利用溶胶凝胶方法交替生长重掺杂铝氧化锌和氧化钛200个周期多层薄膜，其中，制备的重掺杂铝氧化锌单层薄膜厚度约为20nm载流子浓度达到1019，氧化钛单层薄膜厚度约为200nm。最终获得具有红外波段近完全吸收特性的多层周期性膜系结构。
[0017]实施例2:
[0018]在温度为275°C真空环境下，利用磁控溅射法交替制备重掺杂氧化锌和氧化铝10个周期多层薄膜，其中制备的重掺杂铝氧化锌单层薄膜厚度约为200nm，载流子浓度达到1021，氧化铝薄膜厚度约为5nm。最终获得具有红外波段近完全吸收特性的多层周期性膜系结构。
[0019]实施例3:
[0020]在温度为190°C情况下，利用气相沉积(如原子层沉积)方法交替生长重掺杂铝氧化锌和氧化锌10周期多层薄膜，其中重掺杂铝氧化锌单层薄膜厚度约为lOOnm，载流子浓度达到102°，氧化锌单层薄膜厚度约为60nm。最终获得具有红外波段近完全吸收特性的多层周期性膜系结构。
[0021]实施例4:
[0022]在温度为190°C情况下，利用气相沉积(金属有机化学气相沉积)方法交替生长重掺杂铝氧化锌和氧化锌16周期多层薄膜，其中重掺杂铝氧化锌单层薄膜厚度约为57nm，载流子浓度达到102°，氧化锌单层薄膜厚度约为60nm。最终获得具有红外波段近完全吸收特性的多层周期性膜系结构。
[0023]实施例5:
[0024]在温度为200°C情况下，利用气相沉积(如原子层沉积)方法交替生长重掺杂铝氧化锌和氧化钛周期多层薄膜，其中重掺杂铝氧化铝单层薄膜厚度约为60nm，载流子浓度达到102°，氧化钛单层薄膜厚度约为20nm。最终获得具有红外波段近完全吸收特性的多层周期性膜系结构。
[0025]实施例6:
[0026]在温度为190°C情况下，利用气相沉积(金属有机化学气相沉积)方法交替生长重掺杂铟氧化钛和氧化锌200周期多层薄膜，其中重掺杂铟氧化钛单层薄膜厚度约为lOOnm，载流子浓度达到1019，氧化锌单层薄膜厚度约为60nm。最终获得具有红外波段近完全吸收特性的多层周期性膜系结构。
[0027]实施例7:[0028]在25°C温度下，利用溶胶凝胶方法交替生长重掺杂镓氧化锌和氧化硅50个周期多层薄膜，其中，制备的重掺杂镓氧化锌单层薄膜厚度约为lOOnm，重掺杂镓氧化锌薄膜载流子浓度达到102°，氧化硅单层薄膜厚度约为10nm。最终获得具有红外波段近完全吸收特性的多层周期性膜系结构。
【权利要求】
1.一种基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构，其结构为在衬底(I)上沉积多组周期膜系(2)，其特征在于: 所述的基于重掺杂半导体红外波段近完全吸收的膜系结构为在衬底(I)上沉积10-200组周期膜系(2)； 所述的衬底(I)采用半导体晶片，玻璃或者金属； 所述周期膜系(2)由重掺杂半导体薄膜层(2-1)和氧化物薄膜层(2-2)构成；重掺杂半导体薄膜层(2-1)是材质为重掺杂铝氧化锌，重掺杂镓氧化锌或者重掺杂铟氧化钛的重掺杂宽禁带半导体薄膜，薄膜厚度为20nm-200nm ;氧化物薄膜层(2_2)是氧化锌、氧化铝、氧化钛或氧化硅薄膜，薄膜厚度为5nm-200nm。
【文档编号】H01L31/0352GK203456478SQ201320362250
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】张云, 陈鑫, 孙艳, 魏调兴, 董文静, 黄婵燕, 张克难, 戴宁 申请人:中国科学院上海技术物理研究所