[发明专利]环境友好半导体材料Mg2Ge薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种环境友好半导体材料Mg₂Ge薄膜的制备方法。本发明将蒸发材料放入适当的电阻加热体内，通电使蒸发材料直接加热蒸发，从而使蒸发材料以气态形式沉积到基片上形成薄膜。本发明首先采用电阻式蒸发技术沉积400nm左右纯金属Mg膜在Ge单晶基片上，形成Ge/Mg薄膜结构，随后置于真空退火炉中退火，获得较高质量Mg₂Ge半导体薄膜。本发明具有生产成本较低，能够进行工业化生产的优点。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其是环境友好半导体材料Mg₂Ge薄膜的制备方法。

背景技术

Mg₂Ge作为一种拥有良好的发展前景的金属硅化物环境友好半导体材料，具有以下特点：合金元素Mg、Ge的原料资源丰富、地壳蕴藏量大、价格低廉；元素无毒无污染，Mg₂Ge耐腐蚀、抗氧化；Mg₂Ge是一种间接带隙半导体材料，具有0.67ev的带隙宽度。Mg₂Ge可以在Ge基片上较好的外延生长，与传统Ge工艺兼容，减少了生产设备升级带来的成本压力。在光电及热电性质的研究方面，作为一种窄带隙半导体材料，Mg₂Ge在红外传感器领域有一定的应用前景，通过掺杂不同元素进行分析，证明了Mg₂Ge具有良好的热电材料应用前景。目前已经有多种技术被应用于Mg₂Ge薄膜材料的制备，其中包括：脉冲激光沉积，气相沉积，磁控溅射，这些方法均存在实验条件苛刻，成本较高，难于工业化推广等缺点。

发明内容

本发明的目的是：提供一种环境友好半导体材料Mg₂Ge薄膜的制备方法，它实验条件简单，成本较低，有利于工业化推广。

本发明是这样实现的：环境友好半导体材料Mg₂Ge薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将Ge片清洗并干燥；

2)将清洗后的Ge片固定在蒸镀室上方的样品架上，Mg颗粒放置在蒸发舟内；

3)对Ge片进行蒸镀；

4)将Ge片蒸镀后进行冷却，再将冷却后的Ge片取出置于高真空退火炉中在低真空氛围中退火，形成一种环境友好半导体Mg₂Ge多晶薄膜。

所述的步骤1)将Ge片清洗并干燥的具体操作是：采用丙酮超声波震荡进行进行第一次清洗；第一次清洗之后，再使用无水乙醇超声波震荡进行第二次清洗；第二次清洗完成之后，再使用去离子水超声波震荡进行第三次清洗；将清洗干净的样品置于在80℃条件下烘烤，至表面完全干燥。

对Ge片进行蒸镀时的蒸镀室的真空度小于或等于1.0×10^-3Pa时，蒸发电流为90A，蒸镀时的电阻式热蒸发的功率为16～19KW，蒸发速率保持在18-25nm/min左右，蒸发时间为18-25min。

步骤4)所述的将Ge片蒸镀后进行冷却，是指将蒸镀后的Ge片自然冷却至室温。

步骤4)的退火条件是，退火炉背底真空小于或等于10^-3Pa，退火前调节角阀，使退火炉腔体保持在低真空10^-1Pa-10^-2Pa，退火时间3-7小时,退火温度350℃，退火时间3-7小时,退火温度350℃。