[发明专利]一种制备MgxZn1-xO 合金薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种制备Mg_xZn_1-xO合金薄膜的方法。

背景技术

半导体科学的发展对电子技术、信息技术等高技术的发展和人类社会的进步起着重要的作用，随着信息技术的发展，以光电子和微电子为基础的通信和网络技术已成为高新技术的核心。目前，人们正致力于寻找更宽禁带的半导体材料以制造波长更短的发光二极管和半导体激光器。Mg_xZn_1-xO是一种新型II-VI族宽禁带三元化合物半导体材料，首次由Ohtomo等人在1998年报道制备成功，Mg_xZn_1-xO可由ZnO和MgO合成制得，兼有ZnO和MgO材料的特性，而Mg的加入在调节ZnO带隙的同时，不仅保留了紫外受激可产生强烈的激子发射的属性，而且减少了ZnO中O空位缺陷，更重要的是可以通过各种工艺和调节组分配比，改变其中MgO的含量（0≤x≤1），使禁带宽度可以在3.3eV到7.8eV的一定范围内调节，带间跃迁的覆盖波长可从380nm至160nm。Mg_xZn_1-xO可以用作太阳能电池的透明电极和窗口材料，可以制作压电转换器、体声波器件(BAW)和声表面波器件(SAW)。Mg_xZn_1-xO合金薄膜具有小的甚至负的电子亲和势，高的热导率，抗氧化性，耐高温性，大的击穿场强和高的载流子迁移率，大的发射电流使得它又适宜作为场发射显示器阴极材料，应用十分广泛。

ZnO室温下的禁带宽度约为3.37eV，它的激子结合能在无机半导体材料中最高，达60meV。而Mg_xZn_1-xO与ZnO晶体结构相同，晶格常数相近，禁带宽度更大。这种材料可与ZnO一起组成异质结、量子阱和超晶格，从而能极大地提高ZnO的发光效率，并对ZnO材料的发光特性进行调制。目前研究的Mg_xZn_1-xO合金薄膜大多通过调整Mg的含量来达到调控薄膜禁带宽度的目的，但会出现随Mg的含量增加而带来的Mg_xZn_1-xO合金薄膜相分离的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备Mg_xZn_1-xO合金薄膜的方法，不仅能够得到表面均匀光滑的Mg_xZn_1-xO合金薄膜，而且可以通过调整氧化锌缓冲层的厚度来调整Mg_xZn_1-xO合金薄膜的禁带宽度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）向经过清洗和预处理的玻璃基底上溅射沉积并生长氧化锌缓冲层，其中所用的溅射靶材为Zn靶，在Ar保护下进行溅射沉积，并通入O₂作为反应气体；

2）利用双靶溅射仪在氧化锌缓冲层上溅射沉积并生长Mg_xZn_1-xO层，然后退火，得到Mg_xZn_1-xO合金薄膜，其中0<x<1。

所述的步骤1）中玻璃基底的清洗和预处理为：将体积比为7:3浓硫酸和双氧水混合后煮沸，作为清洗液清洗玻璃基底，然后用去离子水冲洗玻璃基底，再分别依次使用丙酮、酒精和去离子水对玻璃基底各超声清洗15～30min。

所述的步骤1）中氧化锌缓冲层的厚度为100～250nm。

所述的步骤1）中玻璃基底与Zn靶的靶面的垂直距离为30～40mm，溅射压强为0.5～1Pa，射频功率为100～300W，Ar与O₂的体积流量比为1:1。

所述的步骤2）中Mg_xZn_1-xO层的厚度为200～800nm。

所述的步骤2）中双靶溅射仪的溅射功率为300W，溅射压强为0.5～1Pa。

所述的步骤2）中的退火是在300～500℃的空气下进行的；退火时间为1～3小时。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：