[发明专利]纤锌矿结构Zn1－xMgxO半导体纳米晶体薄膜的低温制备方法

摘要

一种纤锌矿结构Zn_1－xMg_xO(0≤x≤0.36)半导体纳米晶体薄膜的低温制备方法，其特征是采用电子束加热蒸发(MgO)_y(ZnO)_1－y，靶材，y为原子个数比，0≤y≤2％，并在电离的O气氛中沉积Zn_1－xMg_xO半导体纳米晶体薄膜，即由电子枪发射出高能电子束，电子束经聚焦后直接轰击由高纯MgO、ZnO粉末按一定组分配比、并经高温烧结而成的(MgO)_y(ZnO)_1－y靶材，电子束的动能变成热能，使得热蒸发的ZnO和MgO分子离开表面，散射并沉积到已加热的衬底表面，再通过扩散运动形成晶核，晶核连续生长以形成晶粒均匀致密、表面平整的纳米晶体薄膜，最后是低温沉积的ZnMgO纳米薄膜在氧气气氛中经高温300～600℃退火处理，制备得到纤锌矿结构Zn_1－xMg_xO(0≤x≤0.36)半导体纳米晶体薄膜。

主权项

1、一种纤锌矿结构Zn1-xMgxO(0≤x≤0.36)半导体纳米晶体薄膜的低温制备方法，其特征是采用电子束加热蒸发(MgO)y(ZnO)1-y，靶材，y为原子个数比，0≤y≤2％，并在电离的O气氛中沉积Zn1-xMgxO半导体纳米晶体薄膜，即由电子枪发射出高能电子束，电子束经聚焦后直接轰击由高纯MgO、ZnO粉末按一定组分配比、并经高温烧结而成的(MgO)y(ZnO)1-y靶材，电子束的动能变成热能，使得热蒸发的ZnO和MgO分子离开表面，散射并沉积到已加热的衬底表面，再通过扩散运动形成晶核，晶核连续生长以形成晶粒均匀致密、表面平整的纳米晶体薄膜，最后是低温沉积的ZnMgO纳米薄膜在氧气气氛中经高温300～600℃退火处理，增大其晶粒尺寸，具体工艺步骤如下：(a)纯度≥99.99％MgO、ZnO粉末，按Mg组分0≤y≤2％组分配比混和，经机械碾磨、压制定型，并经高温1000～1500℃烧结，形成(MgO)y(ZnO)1-y靶材；(b)洗衬底并装入衬底架，置(MgO)y(ZnO)1-y靶材于坩锅中，用挡板隔离靶材料和衬底；(c)用扩散泵抽反应室真空至3×10-3Pa的真空度；(d)加热衬底至200～300℃的生长温度；(e)将高能聚焦电子束对准(MgO)x(ZnO)1-x靶材，调节电子束束流，在5～15mA较低的束流下加热靶材，以便对靶材除气；除气结束后将束流调节到0mA；(f)以适当流量5～10sccm充入纯度为99.99％的高纯氧气，使反应室内的真空度达到3.0×10-2Pa并保持恒定，使薄膜生长在富氧的条件下进行，以减小氧空位引起的缺陷密度；(g)调节电子束束流至30～40mA，使(MgO)y(ZnO)1-y靶材开始蒸发，根据生长速率快慢的不同要求，通过调节电子束束斑面积、束斑中心位置等参数，将(MgO)y(ZnO)1-y靶的蒸汽压的分压强控制在1.0×10-2Pa～5.0×10-2Pa，使(MgO)y(ZnO)1-y靶材稳定、均匀地蒸发，打开挡板生长Zn1-xMgxO(0≤x≤0.36)半导体纳米晶体薄膜；(h)Zn1-xMgxO(0≤x≤0.36)半导体纳米晶体薄膜生长到所需厚度，结束生长；(i)生长过程结束后，进入高温退火处理阶段，此时关闭生长室的抽气阀门，继续以原流量充入高纯氧气，调高衬底温度300～600℃，并最后将衬底温度维持在450℃，保温1小时；(j)氧气气氛中退火1小时后，切断衬底加热电源，衬底降温，待衬底温度降至100℃后关氧气阀。