專利名稱：在平板玻璃上沉積多晶β-Ga₂O₃薄膜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在平板玻璃上沉積多晶13 -Ga203薄膜的方法，屬于電子材料技術 領域
(二)
背景技術：
|3 -Ga203是一種寬帶隙且具有良好的化學和熱穩(wěn)定性的化合物，可廣泛應用于高 溫氧氣傳感器、紫外探測器、磁性記憶和介電層、GaAs的消反射鍍層、GaAs表面的鈍化鍍 膜、深紫外光透明氧化物等方面。在薄膜電致發(fā)光平板顯示領域中，氧基熒光材料因為它 們的寬帶隙和不易結晶的性質(zhì)，曾并不被人們所看好。然而，隨著一些關鍵技術的解決， 13 -Ga203作為一種新型的氧基電致發(fā)光熒光體基材料，已經(jīng)受到越來越多的關注。
通過對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，制備多晶13 -Ga203薄膜的方法有金屬有機化學氣相 沉禾只(Metal organic chemical vapor d印ositian)法，參見Hyo皿Woo Kim等人的"退 火對金屬有機化學氣相沉積法制備的藍寶石襯底Ga203薄膜的性能影響"，《應用表面科學》 230 (2004)301-306(Hyoun Woo Kim， Nam Ho Kim. Annealing effects on the properties of Ga203 thin films grown on sapphire by themetal organic chemical vapor d印osition， A卯lied Surface Science 230 (2004) 301-306);分子束外延(Molecular beam印itaxy)法，參見Takayoshi 0shima等人的"用分子束外延生長的同質(zhì)外延 P -Ga203薄膜的表面形貌"，《固體薄膜》516(2008)5768-5771 (Takayoshi 0shima， Naoki Arai， Norihito Suzuki, et al. Surfacemorphology of homo印itaxial P _Ga203 thin films grown by molecular beam印itaxy， Thin Solid Films 516(2008)5768-5771); 脈沖激光沉積(Pulsed laser exposition)法，參見Masahiro 0rita等人的"低溫沉積 高電導、深紫外透明P-Ga203薄膜"，《固體薄膜》411 (2002) 134-139 (Masahiro Orita， Hidenori Hiramatsu， HiromichiOhta， et al. Preparation of highly conductive, deep ultraviolet transparent P _Ga203thin film at low deposition temperatures, Thin Solid Films 411(2002) 134-139);射頻磁控濺射法，參見肖洪地等人的"采用射頻磁控濺 射法在Si (111)襯底上生長P -Ga203薄膜"，《功能材料》37 (2006年增刊)1-3。
金屬有機化學氣相沉積采用有機TMGa為Ga源，反應溫度550 °C ，退火溫度 105(TC，薄膜襯底為單晶藍寶石。金屬有機化學氣相沉積法的缺點是原料有毒且價格昂貴， 尾氣需要專門設備處理。分子束外延是一種新發(fā)展起來的外延制膜方法，也是一種特殊的 真空鍍膜工藝。它是在超高真空條件下，將薄膜組分元素的分子束流直接噴到襯底表面，從 而形成外延層的技術。用微波增強型分子束外延生長多晶|3-63203薄膜采用單晶e-Ga203 襯底，生長溫度800 90(TC，生長時間5小時。分子束外延可以生長高質(zhì)量|3-6￡1203薄膜， 但工藝復雜、設備昂貴、生長速度慢，不利于規(guī)模化生產(chǎn)。脈沖激光沉積法在藍寶石單晶襯 底上可以制備13 _Ga203薄膜，襯底溫度380 435t:，但是設備昂貴，難以大面積成膜，不利 于規(guī)?；a(chǎn)。用射頻磁控濺射法在單晶Si(lll)襯底上生長|3-6&203薄膜，當薄膜退火 溫度超過90(TC時，薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑B(tài)。這些多晶|3-6&203薄膜的制備工藝采用單晶藍寶石、單晶|3-63203、單晶31(111)做襯底，設備昂貴，反應溫度高，成本較高等。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有制備多晶13 -Ga203薄膜的方法存在的不足，提出一種在玻璃襯底 上制備多晶|3-6&203薄膜的方法。本方法具有操作簡單、反應溫度低、玻璃襯底價格便宜、 成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。
本發(fā)明的技術方案如下 在平板玻璃上沉積多晶13 -Ga203薄膜的方法，步驟如下 (1)將純度為99. 99WT%的Ga203粉末在55 65MPa的壓強下壓制成①60mm-4mm 的胚體，送入高溫燒結爐，在空氣中1300 140(TC下燒結720 900分鐘，燒制成6￡1203靶 材。 (2)將步驟(1)的靶材和清洗過的基片送入射頻磁控濺射儀，濺射制備Ga203薄 膜。濺射室基礎真空為6X 10—乍a，濺射氣體為氬氣，濺射氣體氬氣壓強為0. 2 2Pa，濺射 偏壓-40 -IOOV，濺射功率為40 150W，基片溫度為室溫，濺射時間為20 90分鐘，膜 厚為100 440nm。 (3)將步驟(2)中沉積的Ga203薄膜移入退火爐中在空氣中進行退火處理，退火溫 度為400 55(TC，退火時間為50 80分鐘，即形成具有多晶結構的P _Ga203薄膜。
上述步驟(1)中制備耙材時，Ga203粉末壓制成型時間是20 30分鐘。
上述步驟(2)中基片是載玻片，對基片用超聲波化學清洗。
上述步驟(2)中濺射氣體氬氣的純度為99. 99% 。 為了降低Ga203薄膜的結晶溫度，本發(fā)明采用偏壓射頻磁控濺射技術，襯底負偏壓 可以吸引等離子體中的正離子轟擊正在生長的薄膜，將薄膜中鍵合比較弱的分子在薄膜中 剝離掉，在薄膜中留下的則是鍵合強的分子。
本發(fā)明較佳的制備條件如下 基板溫度為室溫，氬氣壓強為0. 5Pa，濺射功率120W，濺射偏壓為-IOOV，退火溫度 45(TC，退火時間60分鐘。 本發(fā)明方法制得的多晶13 -Ga203薄膜厚度為100 440nm，并可根據(jù)需要，通過控 制濺射時間來調(diào)節(jié)薄膜厚度。 本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術相比優(yōu)良效果如下 現(xiàn)有技術制備多晶13 -Ga203薄膜采用單晶藍寶石、單晶13 -GaA、單晶Si (111)做 襯底，本發(fā)明的方法制備多晶！3-6&203薄膜采用普通玻璃做襯底，價格便宜，易于大面積成 膜。與金屬有機化學氣相沉積法相比，設備簡單便宜，退火溫度低，原料價格便宜、無毒。與 分子束外延法相比，工藝簡單，設備便宜，生長速度快，生長溫度低。與脈沖激光沉淀法相 比，設備簡單便宜，易于大面積成膜。與射頻磁控濺射法相比，Ga203薄膜退火晶化溫度明顯 降低。
(四)


圖1實施例1中濺射制備的多晶13 -Ga203薄膜的XRD譜。
圖2實施例2中濺射制備的多晶13 -Ga203薄膜的XRD譜。
圖3實施例3中濺射制備的多晶13 -Ga203薄膜的XRD譜。
圖4實施例4中濺射制備的多晶13 -Ga203薄膜的XRD譜。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明
實施例1 : (1)將純度為99. 99WT %的Ga203粉末在60MPa的壓強下壓制25分鐘，制成 ①60mm-4mm的胚體，送入高溫燒結爐，在空氣中135(TC下燒結800分鐘，燒制成Ga203靶材。
(2)選用載玻片作為基片，對基片用超聲波化學清洗。將步驟(1)的靶材和清洗過 的基片送入射頻磁控濺射儀，濺射室基礎真空為6X 10—乍a，濺射氣體氬氣純度99. 99%，氬 氣壓強為0. 5Pa，濺射功率120W，濺射偏壓為-IOOV，基片溫度為室溫，Ga203薄膜厚度440nm。
(3)將步驟(2)中制備的Ga203薄膜移入退火爐中，在空氣中進行退火處理，退火 溫度為45(TC，退火時間60分鐘。 所制備的多晶13 _Ga203薄膜的XRD譜如圖1所示。由圖中可以看到，薄膜具有明 顯的13 _Ga203 (502)峰、(il 1)峰禾P0O2)峰，說明薄膜已經(jīng)形成很好的單斜晶系結構。
實施例2 : 如實施例1所述，所不同的是步驟(1)中Ga203粉末在55MPa的壓強下壓制30分 鐘，6&203耙材的燒結溫度140(TC，燒結時間720分鐘。步驟(2)中濺射氣體氬氣壓強O. 2Pa， 濺射功率150W，濺射偏壓-60V，Ga203薄膜厚度380nm。步驟(3)中退火溫度為550°C，退火 時間50分鐘。 所制備的多晶13 _Ga203薄膜的XRD譜如圖2所示，由圖中可以看到，薄膜具有明顯 的13 -Ga203(004)峰、(5O2)峰、(ill)峰禾P0O2)峰，說明薄膜已經(jīng)形成很好的單斜晶系結構。
實施例3 : 如實施例1所述，所不同的是步驟(1)中Ga203粉末在65MPa的壓強下壓制20分 鐘，6&203靶材的燒結溫度130(TC，燒結時間900分鐘。步驟(2)中濺射氣體氬氣壓強2Pa， 濺射功率40W，濺射偏壓-40V， Ga203薄膜厚度300nm。步驟(3)中退火溫度為500°C ，退火 時間80分鐘。 所制備的多晶13 -Ga203薄膜的XRD譜如圖3所示，由圖中可以看到，薄膜具有明顯 的13 -Ga203 002)峰，說明薄膜已經(jīng)形成單斜晶系結構。
實施例4 : 如實施例1所述，所不同的是步驟(2)中濺射偏壓_80V，Ga203薄膜厚度100nm，步 驟(3)中Ga203薄膜退火溫度400°C 。所制備的多晶P -Ga203薄膜的XRD譜如圖4所示，由 圖中可以看到，薄膜具有明顯的P-GaA(i02)峰，說明薄膜已經(jīng)形成單斜晶系結構。
權利要求
在平板玻璃上沉積多晶β-Ga2O3薄膜的方法，步驟如下(1)將純度為99.99WT％的Ga2O3粉末在55～65MPa的壓強下壓制成Φ60mm-4mm的胚體，送入高溫燒結爐，在空氣中1300～1400℃下燒結720～900分鐘，燒制成Ga2O3靶材。(2)將步驟(1)的靶材和清洗過的基片送入射頻磁控濺射儀，濺射制備Ga2O3薄膜。濺射室基礎真空6×10-4Pa，濺射氣體為氬氣，濺射氣體氬氣壓強0.2～2Pa，濺射偏壓-40～-100V，濺射功率40～150W，濺射時間20～90分鐘，膜厚100～440nm。(3)將步驟(2)中沉積的Ga2O3薄膜移入退火爐中在空氣中進行退火處理，退火溫度為400～550℃，退火時間為50～80分鐘，即形成具有多晶結構的β-Ga2O3薄膜。
2. 如權利要求l所述的在平板玻璃上沉積多晶|3-6&203薄膜的方法，其特征在于，所 述步驟(1)中制備靶材時，Ga203粉末壓制成型時間20 30分鐘。
3. 如權利要求l所述的在平板玻璃上沉積多晶|3-6&203薄膜的方法，其特征在于，所 述步驟(2)中基片是載玻片，對基片用超聲波化學清洗。
4. 如權利要求l所述的在平板玻璃上沉積多晶！3-6&203薄膜的方法，其特征是基片溫 度為室溫。
5. 如權利要求l所述的在平板玻璃上沉積多晶|3-6&203薄膜的方法，其特征在于，所 述步驟(2)中氬氣的純度為99. 99%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在平板玻璃上沉積多晶β-Ga2O3薄膜的方法，屬于電子材料技術領域。本發(fā)明以Ga2O3粉末經(jīng)壓片、燒結獲得的塊體材料為靶材，在溫度為室溫的玻璃襯底上利用射頻磁控濺射技術制備Ga2O3薄膜。工藝條件為濺射氣體氬氣壓強0.2～2Pa、濺射偏壓-40～-100V、濺射功率40～150W。將Ga2O3薄膜置于退火爐中，400～550℃空氣氣氛下處理50～80分鐘，即形成具有多晶結構的β-Ga2O3薄膜。本發(fā)明方法設備簡單便宜、成本低、易于大面積成膜。
文檔編號C03C17/245GK101746961SQ20091022943
公開日2010年6月23日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權日2009年10月19日
發(fā)明者劉建軍, 石亮, 趙銀女, 閆金良 申請人:魯東大學