[发明专利]一种气溶胶辅助化学气相沉积的氧化镓薄膜的生长方法及氧化镓薄膜

说明书

本发明提供一种气溶胶辅助化学气相沉积的氧化镓薄膜的生长方法及氧化镓薄膜，属于纳米材料科学领域。该方法以镓类化合物水溶液为原料，以单温区高温管式炉与三通石英管为生长载体，以空气为载气，通过气溶胶辅助的化学气相沉积方法，合成氧化镓薄膜。本发明还提供上述制备方法得到的氧化镓薄膜，该氧化镓薄膜具备紫外光开关效应。

技术领域

本发明属于纳米材料科学领域，具体涉及一种气溶胶辅助化学气相沉积的氧化镓薄膜的生长方法及氧化镓薄膜。

背景技术

近年来，Ga2O3作为一种新兴的宽禁带氧化物半导体材料引起了科研人员的极大兴趣。Ga2O3有高达4.5～5eV的直接带隙，具有较高的吸收系数；还具备稳定性好、易于制备、耐辐照等诸多优点，是一种理想的日盲紫外和高能辐射探测材料。日盲紫外探测技术具有背景噪声低和灵敏度高的独特优点，可以用于空间通信、生物医药、导弹制导及臭氧监测等领域，一直以来都是光电探测领域的研究重点；高能辐射探测在医学成像、公共场所安全检测、X射线空间通信以及物质微观结构分析等方面有着广泛而重要的应用。

目前已有的氧化镓薄膜制备方法，按照其原理大体可分为物理法和化学法两大类。更为详细地，物理法主要包括溅射法、脉冲激光淀积(Pulsed Laser Deposition，PLD)，以及基于该两种方法的衍生方法：如等离子体辅助，射频磁控溅射等方法。物理法由于其简单低廉的工艺流程，目前已经被广泛用于氧化镓薄膜材料的制备。但该法一般由于其有限的基底温度，并且溅射出来的原子/分子团能量相对较低，在集聚成核时均匀性较差，因此材料的结晶度较低，一般需要进行后续的退火来提高薄膜的结晶质量。相比于物理法，化学法具有更高的灵活性，实现的途径也更为多样。在已有的报道中，金属有机物化学气相淀积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，卤化物气相外延(Halide VaporPhase Epitaxy，HVPE)，分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)，原子层淀积(AtomicLayer Deposition，ALD)，溶胶-凝胶(Sol-Gel)，热液合成(Hydrothermal Synthesis)等方法都被用于氧化镓薄膜的制备。在这其中，MOCVD和HVPE由于其较快的生长速度(CVD大约在几个μm/h，HVPE目前甚至可以达到100μm/h)，以及高的结晶质量，因此被用来进行氧化镓厚外延生长；MBE和ALD可以精确控制薄膜厚度及质量，在各类生长方法中具有最高的材料质量；Sol-Gel和热液法具有最高的灵活性，非常易于新型材料结构的制备，相比于前面几种方法对基底材料敏感度也较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种气溶胶辅助化学气相沉积的氧化镓薄膜的生长方法及氧化镓薄膜，该方法制备得到的薄膜具备深紫外探测截止的开关特性，并相对MOCVD，在制备过程中极大降低了仪器购买成本和维护成本。

本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种气溶胶辅助化学气相沉积的氧化镓薄膜的生长方法，包括以下步骤：

步骤一：组装气溶胶辅助化学气相沉积装置，所述的装置包括：升降台、气溶胶产生装置、石英管、管式炉和风扇；

所述的气溶胶产生装置设置在升降台上，气溶胶产生装置包括雾化器、滴瓶和棉棒，所述的棉棒设置在滴瓶的通孔胶塞中，雾化器紧贴在棉棒的顶端，所述的石英管的两端分别设有进气口和出气口，靠近进气口一端的下侧开有导气孔，导气孔下方设有雾化器，出气口的一侧设有风扇，所述的石英管穿过管式炉内，管式炉内设有材料生长衬底；

步骤二：将镓类化合物水溶液放入滴瓶内，启动雾化器和风扇，并将管式炉温度升至550-700℃，滴瓶内的镓类化合物水溶液通过棉棒进行传输，在雾化器和风扇的作用下，形成流动气溶胶，进入到石英管内进行生长4-10h后，得到氧化镓薄膜。

优选的是，所述的雾化器和风扇由单片机控制。