[发明专利]MgZnO薄膜叠靶射频磁控溅射制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MgZnO薄膜叠靶射频磁控溅射制备方法，属于半导体光电技术领域。

背景技术

由于Zn²⁺、Mg²⁺的离子半径非常接近，因此，Mg²⁺和Zn²⁺在各自氧化物晶格中互相替换形成MgZnO替位式混晶引起的晶格畸变较小；MgZnO晶体具有3.3～7.8eV带隙调整范围。这些特点使得MgZnO薄膜成为一种制作紫外光电探测器的理想材料。而紫外光电探测器在火灾预警方面发挥独特作用，这是因为与红外光电探测器相比，干扰源少，如果紫外光电探测器的截止边接近280nm日盲波段甚至小于该波段，将会摆脱日光干扰。

现有制备MgZnO薄膜的方法其制备过程在射频磁控溅射仪的真空室中进行。靶材采用Mg_xZn_1–xO陶瓷，0≤x≤0.3，由纯度均为99.99%的ZnO粉末和MgO粉末经混合、研磨、锻压、烧结而成。将由Mg_xZn_1–xO陶瓷靶材制作的圆片状溅射靶1放置在真空室内的溅射靶台上。蓝宝石材质的平板状衬底2与溅射靶1相对并位于溅射靶1上方，如图1所示，衬底2与溅射靶1的间距为5cm。由机械泵和分子泵将真空室两级抽真空至2×10^-3Pa。通入真空室内的纯度均为99.999%、压强均为1Pa的氩气、氧气，该两种气体在真空室内混合为溅射气体。射频电源频率为13.56MHz。衬底1温度为80℃。溅射功率为200w，溅射时间为30min。溅射靶材形成上升的Mg、Zn、O原子流，在衬底2上沉积生长MgZnO薄膜晶体。调整x的值，对应制作一种Mg_xZn_1–xO陶瓷靶材，对应制备一种Mg_xZn_1–xO薄膜晶体，该晶体具有一种带隙，采用该Mg_xZn_1–xO薄膜制作的紫外光电探测器具有特定的探测波长。

然而，由于在Mg_xZn_1–xO薄膜晶体的生长过程中，Zn原子蒸汽压比Mg原子蒸汽压高，造成大量的Zn原子流失，如图1所示，极难控制Mg_xZn_1–xO薄膜晶体在亚稳态下的生长，在所制备的Mg_xZn_1–xO薄膜晶体中，Mg原子的浓度远远大于Mg_xZn_1–xO陶瓷靶材中Mg原子的浓度，也就是偏离设计浓度，响应波长会明显偏离，采用该Mg_xZn_1–xO薄膜制作的紫外光电探测器的探测波长也就发生了改变。另一方面，在所制备的Mg_xZn_1–xO薄膜晶体中，因Zn原子的缺失致使Mg_xZn_1–xO薄膜晶体出现缺陷，引起晶格结构畸变，载流子大量散射，不仅严重降低载流子迁移率，而且因此复合掉部分光生载流子，降低了它作为一种光电功能材料的响应度，也就是响应波长的响应峰值降低，因此，采用该Mg_xZn_1–xO薄膜制作的紫外光电探测器的探测灵敏度降低。另外，由于晶格缺陷的出现，该Mg_xZn_1–xO薄膜晶体作为一种光电功能材料的响应截止能力减弱，也就是截止边波长远离响应波长，因此，采用该Mg_xZn_1–xO薄膜制作的紫外光电探测器的抗可见光干扰的能力，或者说区分紫外与可见的能力减弱。

发明内容

为了防止在Mg_xZn_1–xO薄膜晶体的生长过程中出现Zn原子流失，我们发明了一种MgZnO薄膜叠靶射频磁控溅射制备方法。

采用本发明之方法制备MgZnO薄膜在射频磁控溅射仪的真空室中进行，将由Mg_xZn_1–xO陶瓷靶材制作的圆片状溅射靶1放置在真空室内的溅射靶台上；衬底2与溅射靶1相对并位于溅射靶1上方，真空室抽真空后通入溅射气体；衬底2升温，提供溅射功率；其特征在于，在所述溅射靶台上增设一个Zn环靶3，如图2、图3所示，Zn环靶3的内径等于所述溅射靶1的外径，由溅射靶1和Zn环靶3构成叠靶。