[发明专利]一种具有深紫外探测功能的MgGaZnO薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有深紫外探测功能的MgGaZnO薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、制备MgGaZnO陶瓷靶材；步骤二、将石英衬底和MgGaZnO陶瓷靶材放入磁控溅射设备的真空室中进行磁控溅射，得到MgGaZnO薄膜材料；步骤三、将步骤二得到的MgGaZnO薄膜材料进行高温退火处理，得到MgGaZnO薄膜。该方法制备了一种禁带宽度为5.6eV即探测波段位于220nm处的单一立方相的MgGaZnO薄膜材料，解决了MgZnO日盲紫外探测器薄膜材料高镁组分下存在的分相问题，同时通过Ga掺杂改善薄膜的电学性能获得高响应度并且较低的探测波段。

技术领域

本发明涉及一种紫外探测器薄膜材料的制备方法，具体涉及一种立方相结构(111)取向并且探测波段位于深紫外220nm的MgGaZnO薄膜的制备方法。

背景技术

太阳光照射地球表面时，波长短于280nm的光被大气层中的臭氧层吸收，因此地球表面到臭氧层之间几乎没有280nm波长以下的光，这一波段范围被称为日盲区，针对日盲紫外光的探测技术被称为紫外日盲探测技术，由于不受太阳背景光辐射的影响，所以这类探测的背景噪声低，灵敏度都比较高。而MgZnO薄膜具有波长可调性，其禁带宽度由镁组分变化可实现为3.37～7.8eV可调，并且由于MgZnO薄膜材料具有原料丰富、室温下可生长、抗辐射能力强、环保、安全、无毒等特点，因此是天然的用来制备深紫外探测器的薄膜材料。

由于需要获得低探测波段的紫外探测器薄膜材料，因此要求制备的薄膜材料禁带宽度较大，而对于MgZnO薄膜材料需要获得较大的禁带宽度需要提高薄膜中的镁组分，但是如何避免在高镁组分下MgZnO薄膜立方相和六角相共存的分相问题，成为了研究的重点，而在高镁组分下，薄膜的载流子迁移率较低，薄膜的电学性能较差，不利于获得高响应度的紫外探测器。国内外有文献报道可以通过III族元素(Ga，Al，B)掺杂改善薄膜的电学性能。

目前制备薄膜的主要方法有化学气相沉积、激光脉冲沉积、分子束外延以及磁控溅射等方法，其中磁控溅射法由于其具备薄膜生长速率快、生长温度低、薄膜生长可控性好、生长成本低等优点成为生长薄膜较为广泛应用的方法。目前国内外使用磁控溅射制备MgZnO薄膜材料的报道较多，但是关于Ga掺杂的MgGaZnO薄膜材料的报道较少，目前对于探测波段位于220nm的紫外探测器薄膜材料的研究还未出现。

因此，函需一种制备工艺简单且所需成本较低的制备探测波段位于220nm的紫外探测器薄膜材料的制备方法。

发明内容

为了解决上述相关问题，本发明提供了一种具有深紫外探测功能的MgGaZnO薄膜的制备方法。该方法制备了一种禁带宽度为5.6eV即探测波段位于220nm处的单一立方相的MgGaZnO薄膜材料，解决了MgZnO日盲紫外探测器薄膜材料高镁组分下存在的分相问题，同时通过Ga掺杂改善薄膜的电学性能获得高响应度并且较低的探测波段。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有深紫外探测功能的MgGaZnO薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、制备MgGaZnO陶瓷靶材；

步骤二、将石英衬底和MgGaZnO陶瓷靶材放入磁控溅射设备的真空室中，抽真空，然后通入高纯氩气和高纯氧气，调节真空室中的工作压强为0.5～1.0Pa，控制氩气和氧气的流量比3～5:1，在溅射功率为60～80W的条件下磁控溅射1～3h，得到MgGaZnO薄膜材料，其中：石英衬底与MgGaZnO陶瓷靶材的间距为6～7cm；

步骤三、将步骤二得到的MgGaZnO薄膜材料进行高温退火处理，控制退火温度为400～600℃，退火时间为30～60min，得到MgGaZnO薄膜，其中：所述MgGaZnO薄膜中，Mg含量为67～68at.％，Ga含量为2～2.5at.％，Zn含量为30～31at.％。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：