本發(fā)明涉及一種亞穩(wěn)態(tài)高鎂MgZnO固溶合金薄膜激光燒蝕制作方法，屬于光學(xué)功能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

Mg_xZn_1-xO三元材料是一種基于ZnO、MgO材料的新型光電功能信息材料，與ZnO、MgO相比具有新的物理特性和應(yīng)用前景。ZnO的晶體結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦，禁帶寬度為3.3eV，MgO的晶體結(jié)構(gòu)是立方結(jié)構(gòu)，禁帶寬度為7.7eV。由于Mg²⁺和Zn²⁺的離子半徑十分相近，因此，在一定比例范圍內(nèi)Mg²⁺取代Zn²⁺形成MgZnO合金，隨著Mg含量的增加，合金材料的結(jié)構(gòu)從六方相向立方相改變，且合金材料的帶隙寬度也從3.3eV向7.8eV遞增，同時(shí)，合金材料還兼具有ZnO和MgO優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)Mg_xZn_1-xO中的x大于0.3，達(dá)到高鎂比例，采用該合金材料制作的半導(dǎo)體器件用于日盲區(qū)紫外探測(cè)器中，在日盲區(qū)具有明顯的特征吸收。

現(xiàn)有脈沖激光沉積法(PLD)特別適用于沉積復(fù)雜氧化物薄膜。采用該方法制備MgZnO固溶合金薄膜時(shí)，將ZnO和MgO陶瓷靶以及基片放置于真空室內(nèi)，真空室氣壓小于10^-6Torr，加熱基片，脈沖激光快速蒸發(fā)靶材，在基片上沉積生成MgZnO固溶合金薄膜。然而，在該方法中，陶瓷靶的制備本身就相當(dāng)困難，而且制備過程是在高真空的苛刻條件下進(jìn)行，同時(shí)由于MgO導(dǎo)電性能差的原因，很難起輝放電，難以成膜。另外，受到MgO在ZnO中的固溶量的限制，采用包括脈沖激光沉積法在內(nèi)的現(xiàn)有制備方法制備MgZnO固溶合金薄膜，Mg的摻雜量一般都小于0.33，如果Mg的摻雜量超過0.33時(shí)，難以建立熱力學(xué)相平衡，MgZnO固溶合金薄膜就成了ZnO和MgO的混合相，這就無(wú)法實(shí)現(xiàn)帶隙寬度的連續(xù)調(diào)控，也就無(wú)法獲得理想的日盲區(qū)響應(yīng)MgZnO固溶合金薄膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高M(jìn)gZnO固溶合金薄膜中鎂的摻雜量，我們發(fā)明了一種亞穩(wěn)態(tài)高鎂MgZnO固溶合金薄膜激光燒蝕制作方法。

本發(fā)明之亞穩(wěn)態(tài)高鎂MgZnO固溶合金薄膜激光燒蝕制作方法屬于一種Sol-Gel法，其特征在于，確定Mg_xZn_1-xO中的x的值為：0.25≦x≦0.75，按所述x的值確定乙酸鋅和乙酸鎂的摩爾比，將所述乙酸鋅和乙酸鎂溶于有機(jī)溶劑，加入與鋅離子和鎂離子等物質(zhì)量的乙醇胺，攪拌后得溶膠液；將所述溶膠液旋涂于基片上，低溫?zé)崽幚淼媚z膜；采用激光燒蝕所述凝膠膜，激光功率為5～30W，燒蝕時(shí)間為1～1000sec，激光光源出光口與凝膠膜之間的距離為1～50cm，得亞穩(wěn)態(tài)高鎂MgZnO固溶合金薄膜。

本發(fā)明其技術(shù)效果在于，采用激光燒蝕含有鋅離子和鎂離子的凝膠，在激光的超快高溫加熱作用以及高光壓作用下，凝膠中的鋅離子、鎂離子和氧離子在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生結(jié)晶，形成亞穩(wěn)態(tài)MgZnO固溶合金薄膜，這一過程不會(huì)因鎂離子的量的大小而發(fā)生改變，因此，所得亞穩(wěn)態(tài)MgZnO固溶合金薄膜中鎂的摻雜量能夠達(dá)到所需的程度，如大于0.25，可高達(dá)0.75。由于最終產(chǎn)物為氧化物薄膜，而氧化物比較穩(wěn)定，因此，本發(fā)明之方法既不需要真空環(huán)境，也不需要特殊的保護(hù)氣氛，工藝條件比較寬松。

附圖說明

圖1是XRD圖，該圖包括上、下兩個(gè)部分，分別為以硅片、石英玻璃片為基片經(jīng)激光燒蝕后生成的Mg_0.3Zn_0.7O固溶合金薄膜XRD圖。圖2是XRD圖，該圖包括上、中、下三個(gè)部分，下圖為標(biāo)準(zhǔn)卡，中圖為激光燒蝕前凝膠膜XRD圖，上圖為激光燒蝕后生成的Mg_0.25Zn_0.75O固溶合金薄膜XRD圖。圖3是透過光譜圖，曲線1為激光燒蝕前凝膠膜透過率曲線，曲線2為激光燒蝕后生成的Mg_0.25Zn_0.75O固溶合金薄膜透過率曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明之亞穩(wěn)態(tài)高鎂MgZnO固溶合金薄膜激光燒蝕制作方法具體由以下步驟構(gòu)成。

1、基片的選用及清洗

選用硅片、石英玻璃片或者陶瓷片作為基片，不論選用硅片還是選用石英玻璃片或者陶瓷片作為基片，均能獲得合格的MgZnO固溶合金薄膜，如圖1所示，分別為以硅片、石英玻璃片為基片經(jīng)激光燒蝕后生成的Mg_0.3Zn_0.7O固溶合金薄膜的XRD圖非常接近；用去油清洗劑在超聲波清洗器中清洗所述基片10min，除去油污；之后用鹽酸在超聲波清洗器中清洗基片10min，除去難溶物質(zhì)；再用無(wú)水乙醇在超聲波清洗器中清洗基片10min，除去可溶于有機(jī)溶劑的雜質(zhì)；最后用去離子水在超聲波清洗器中反復(fù)清洗基片，去除前述步驟中的殘留物。在干燥箱中干燥基片。

2、溶膠液的配制

確定Mg_xZn_1-xO中的x的值為：0.25≦x≦0.75，按所述x的值確定乙酸鋅和乙酸鎂的摩爾比，將所述乙酸鋅和乙酸鎂溶于有機(jī)溶劑，如乙醇、乙二醇甲醚或者聚乙烯醇，加入與鋅離子和鎂離子等物質(zhì)量的乙醇胺，在50～70℃溫度下攪拌1～2h后，得透明均質(zhì)溶膠液。

3、凝膠膜的制備

將所述基片吸附于旋涂機(jī)的旋涂臺(tái)上，基片的集合中心位于旋涂臺(tái)的軸線上；用膠頭滴管將所述溶膠液滴加到基片上；基片隨旋涂臺(tái)在500rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)10sec，再在3000rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30sec，在基片上形成一層濕凝膠膜，得濕膜基片；在50℃溫度下加熱所述濕膜基片5～10min，再在恒溫干燥箱中先后在180℃和150℃溫度下干燥5～10min，使?jié)衲z膜中的溶劑充分揮發(fā)，得凝膠膜。

為了增厚凝膠膜，重復(fù)本步驟若干次即可。不過，隨著重復(fù)次數(shù)的增加，凝膠膜的缺陷也會(huì)隨之增多。

4、亞穩(wěn)態(tài)高鎂MgZnO固溶合金薄膜的制作

采用激光燒蝕所述凝膠膜，激光功率為5～30W，燒蝕時(shí)間為1～1000sec，激光光源出光口與凝膠膜之間的距離為1～50cm；當(dāng)凝膠膜尺度在直徑1cm以下時(shí)，將激光光束擴(kuò)束到光斑具有同樣尺度的程度，照射燒蝕凝膠膜；當(dāng)凝膠膜尺度在直徑1cm以上時(shí)，將激光光束聚焦在凝膠膜表面，掃描燒蝕凝膠膜；在激光燒蝕過程中，基片溫度為室溫，在空氣氣氛中、常壓氣壓下進(jìn)行；得亞穩(wěn)態(tài)高鎂MgZnO固溶合金薄膜，如圖3所示，該亞穩(wěn)態(tài)高鎂MgZnO固溶合金薄膜在日盲區(qū)具有明顯特征吸收，如圖3所示。

下面舉例說明本發(fā)明之方法。

例1：選用硅片作為基片；用去油清洗劑在超聲波清洗器中清洗所述基片10min；之后用鹽酸在超聲波清洗器中清洗基片10min；再用無(wú)水乙醇在超聲波清洗器中清洗基片10min；最后用去離子水在超聲波清洗器中反復(fù)清洗基片；在干燥箱中干燥基片。以A.R.純的乙酸鋅、乙酸鎂、乙醇為原料配制溶膠液。確定Mg_xZn_1-xO中的x的值為0.75，乙酸鋅與乙酸鎂的摩爾比為1:4，將乙酸鋅和乙酸鎂溶解于15ml的乙醇中，配制成Mg²⁺、Zn²⁺總濃度為0.8mol/L的溶液，再加入與Mg²⁺及Zn²⁺等物質(zhì)的量的乙醇胺作為絡(luò)合劑，在60℃溫度下攪拌1.5h后，得透明均質(zhì)溶膠液。將所述基片吸附于旋涂機(jī)的旋涂臺(tái)上，基片的集合中心位于旋涂臺(tái)的軸線上；用膠頭滴管將所述溶膠液滴加到基片上；基片隨旋涂臺(tái)在500rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)10sec，再在3000rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30sec，在基片上形成一層濕凝膠膜，得濕膜基片；在50℃溫度下加熱所述濕膜基片5min，再在恒溫干燥箱中先后在180℃和150℃溫度下干燥5min，使?jié)衲z膜中的溶劑充分揮發(fā)，得凝膠膜，凝膠膜尺度為直徑1cm。采用激光燒蝕所述凝膠膜，激光功率為5W，燒蝕時(shí)間為1000sec，激光光源出光口與凝膠膜之間的距離為15cm；將激光光束擴(kuò)束到光斑具有與凝膠膜同樣尺度的程度，照射燒蝕凝膠膜；在激光燒蝕過程中，基片溫度為室溫，在空氣氣氛中、常壓氣壓下進(jìn)行；得亞穩(wěn)態(tài)高鎂Mg_0.75Zn_0.25O固溶合金薄膜。

例2：選用石英玻璃片作為基片；用去油清洗劑在超聲波清洗器中清洗所述基片10min；之后用鹽酸在超聲波清洗器中清洗基片10min；再用無(wú)水乙醇在超聲波清洗器中清洗基片10min；最后用去離子水在超聲波清洗器中反復(fù)清洗基片；在干燥箱中干燥基片。以A.R.純的乙酸鋅、乙酸鎂、乙二醇甲醚為原料配制溶膠液。確定Mg_xZn_1-xO中的x的值為0.5，乙酸鋅與乙酸鎂的摩爾比為1:1，將乙酸鋅和乙酸鎂溶解于20ml的乙二醇甲醚中，配制成Mg²⁺、Zn²⁺總濃度為1.0mol/L的溶液，再加入與Mg²⁺及Zn²⁺等物質(zhì)的量的乙醇胺作為絡(luò)合劑，在50℃溫度下攪拌2h后，得透明均質(zhì)溶膠液。將所述基片吸附于旋涂機(jī)的旋涂臺(tái)上，基片的集合中心位于旋涂臺(tái)的軸線上；用膠頭滴管將所述溶膠液滴加到基片上；基片隨旋涂臺(tái)在500rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)10sec，再在3000rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30sec，在基片上形成一層濕凝膠膜，得濕膜基片；在50℃溫度下加熱所述濕膜基片5min，再在恒溫干燥箱中先后在180℃和150℃溫度下干燥5min，使?jié)衲z膜中的溶劑充分揮發(fā)，得凝膠膜，凝膠膜尺度為直徑1cm。采用激光燒蝕所述凝膠膜，激光功率為10W，燒蝕時(shí)間為10sec，激光光源出光口與凝膠膜之間的距離為5cm；將激光光束擴(kuò)束到光斑具有與凝膠膜同樣尺度的程度，照射燒蝕凝膠膜；在激光燒蝕過程中，基片溫度為室溫，在空氣氣氛中、常壓氣壓下進(jìn)行；得亞穩(wěn)態(tài)高鎂Mg_0.5Zn_0.5O固溶合金薄膜。

例3：選用石英玻璃片作為基片；用去油清洗劑在超聲波清洗器中清洗所述基片10min；之后用鹽酸在超聲波清洗器中清洗基片10min；再用無(wú)水乙醇在超聲波清洗器中清洗基片10min；最后用去離子水在超聲波清洗器中反復(fù)清洗基片；在干燥箱中干燥基片。以A.R.純的乙酸鋅、乙酸鎂、聚乙烯醇為原料配制溶膠液。確定Mg_xZn_1-xO中的x的值為0.25，乙酸鋅與乙酸鎂的摩爾比為4:1，將乙酸鋅和乙酸鎂溶解于25ml的聚乙烯醇中，配制成Mg²⁺、Zn²⁺總濃度為1.5mol/L的溶液，再加入與Mg²⁺及Zn²⁺等物質(zhì)的量的乙醇胺作為絡(luò)合劑，在70℃溫度下攪拌1h后，得透明均質(zhì)溶膠液。將所述基片吸附于旋涂機(jī)的旋涂臺(tái)上，基片的集合中心位于旋涂臺(tái)的軸線上；用膠頭滴管將所述溶膠液滴加到基片上；基片隨旋涂臺(tái)在500rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)10sec，再在3000rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30sec，在基片上形成一層濕凝膠膜，得濕膜基片；在50℃溫度下加熱所述濕膜基片5min，再在恒溫干燥箱中先后在180℃和150℃溫度下干燥5min，使?jié)衲z膜中的溶劑充分揮發(fā)，得凝膠膜，凝膠膜尺度為直徑2cm。采用激光燒蝕所述凝膠膜，激光功率為20W，燒蝕時(shí)間為20sec，激光光源出光口與凝膠膜之間的距離為50cm；將激光光束聚焦在凝膠膜表面，掃描燒蝕凝膠膜；在激光燒蝕過程中，基片溫度為室溫，在空氣氣氛中、常壓氣壓下進(jìn)行；得亞穩(wěn)態(tài)高鎂Mg_0.25Zn_0.75O固溶合金薄膜。