一種立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜及其制備方法、紫外探測(cè)器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，提供一種高Zn含量立方結(jié)構(gòu)(200)MgZnO薄膜的制備方法，包括如下步驟：制備Mg0.4Zn0.6O陶瓷靶材；將襯底放入腔體內(nèi)，加熱襯底至300℃，和通入流量為10?30sccm的氧氣，使腔體壓強(qiáng)為4Pa；采用所述靶材，在所述襯底上進(jìn)行脈沖沉積，制得薄膜。本發(fā)明還提供了以所述薄膜為源材料制備的MSM結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器及其制備方法，所述紫外探測(cè)器對(duì)250nm的日盲紫外光有最大的響應(yīng)度，光響應(yīng)截至邊為330nm，因此所制備的紫外探測(cè)器可以探測(cè)250nm?330nm的紫外光。
【專利說(shuō)明】
一種立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜及其制備方法、紫外探測(cè)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種立方結(jié)構(gòu)(200)取向MgZnO薄膜及其制備方法、以所述MgZnO薄膜為源材料所制備的紫外探測(cè)器及其制備方法。【背景技術(shù)】
[0002]波長(zhǎng)小于400nm的光被稱為紫外光。紫外光的探測(cè)材料和探測(cè)器件是光電子技術(shù)的主要發(fā)展方向，也是未來(lái)超高速光通訊及超大容量光存儲(chǔ)技術(shù)的核心材料和器件。另外紫外光的探測(cè)材料和探測(cè)器件在環(huán)境監(jiān)測(cè)、導(dǎo)彈預(yù)警、火焰探測(cè)、污染檢測(cè)方面有著廣闊的應(yīng)用前景。MgZnO薄膜帶隙可調(diào)范圍較寬(3.37-7.86￥)，因此原理上可以應(yīng)用于37〇-16〇11111 范圍內(nèi)的紫外光電器件等領(lǐng)域。由于Zn2+離子和Mg2+離子半徑非常接近，MgZnO材料中Mg或 Zn原子的混入不會(huì)引入很大的晶格畸變，因此原理上MgZnO薄膜可以獲得較高的質(zhì)量。特別是立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜材料，由于存在晶格匹配的單晶MgO襯底，原理上薄膜質(zhì)量更高。另外 MgZnO薄膜材料還具有生長(zhǎng)溫度低，抗輻射性能更強(qiáng)，以及原料豐富，成本低，無(wú)污染，熱穩(wěn)定性好等天然優(yōu)勢(shì)，所以MgZnO薄膜是制作日盲紫外光固體紫外探測(cè)器首選材料。[00〇3]如果希望制備出可探測(cè)紫外光范圍較寬的MgZnO薄膜，需要提高M(jìn)gZnO三元合金材料中Mg和Zn含量的可調(diào)節(jié)范圍。由于ZnO是纖鋅礦結(jié)構(gòu)，屬六方晶系，而MgO是NaCl結(jié)構(gòu)，為立方晶系，隨Mg含量不同，MgZnO分別是六方或立方相晶體結(jié)構(gòu)。研究表明，由于立方結(jié)構(gòu) MgO中Zn的固溶度較高(56%)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)立方MgZnO薄膜中的Zn含量實(shí)現(xiàn)220?280nm日盲紫外光探測(cè)。要想實(shí)現(xiàn)可探測(cè)紫外光范圍更寬的MgZnO紫外光探測(cè)器，重點(diǎn)是進(jìn)一步提高立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜中Zn含量的同時(shí)抑制材料中常見(jiàn)的組分和結(jié)構(gòu)分相問(wèn)題。
[0004]目前制備MgZnO薄膜主要有PLD(脈沖激光沉積)技術(shù)、磁控濺射、MBE(分子束外延)、M0CVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)等方法。其中，PLD技術(shù)由于具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于控制， 源材料價(jià)格低廉、易得，生長(zhǎng)溫度低，系統(tǒng)污染少，成膜質(zhì)量高等特點(diǎn)，成為制備MgZnO合金薄膜材料使用最廣泛的方法。在眾多報(bào)道利用PLD技術(shù)制備MgZnO薄膜的工作中，有關(guān)高Zn 組分立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜的生長(zhǎng)和特性研究還比較少。2008年，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所鞠振剛等人利用高壓M0CVD技術(shù)在較低的生長(zhǎng)溫度下制備出Zn含量在30%到45%的立方結(jié)構(gòu)MgZnO 薄膜，MgZnO薄膜的可探測(cè)波長(zhǎng)范圍在220-280nm。但進(jìn)一步提高立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜中Zn的含量和拓寬其可探測(cè)紫外光范圍的報(bào)道還未出現(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種高Zn含量立方結(jié)構(gòu)(200)取向MgZnO薄膜及其制備方法、以所述 MgZnO薄膜為源材料所制備的紫外探測(cè)器及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中提高M(jìn)gZnO薄膜中Zn的固溶度和拓寬MgZnO薄膜可應(yīng)用紫外光范圍；提供一種探測(cè)范圍更寬的日盲紫外光固體紫外探測(cè)器。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0007]制備Mg0.4Zn0.60陶瓷靶材；[〇〇〇8]將襯底放入腔體內(nèi)，加熱襯底至300°C，和通入流量為l〇-3〇SCCm的氧氣，使腔體壓強(qiáng)為4Pa;以及
[0009]采用所述靶材，在所述襯底上進(jìn)行脈沖沉積，制得薄膜。
[0010]本發(fā)明還提供了一種立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜，其采用所述的制備方法制成，所述 MgZnO薄膜的Zn含量為62%。
[0011]本發(fā)明還提供了一種紫外探測(cè)器的制備方法，包括以下步驟:
[0012]制備高純金電極材料；[0〇13]以所述高純金為源材料，在上述所述的MgZnO薄膜上以真空蒸發(fā)的方式制備Au薄膜電極；以及[〇〇14]通過(guò)正型光刻膠光刻技術(shù)將所述Au薄膜電極刻蝕成插指電極結(jié)構(gòu)，獲得紫外探測(cè)器。[0〇15]本發(fā)明還提供了一種紫外探測(cè)器，采用上述的紫外探測(cè)器的制備方法制備而成。
[0016]有益效果:本發(fā)明提供的立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜的制備方法，其利用PLD(脈沖激光沉積)技術(shù)，采用MgQ.4ZnQ.60陶瓷靶材制備立方相MgZnO薄膜，通過(guò)生長(zhǎng)溫度、氧氣壓強(qiáng)和氧氣流量和襯底表面原子構(gòu)成的的精確控制，實(shí)現(xiàn)了單一立方結(jié)構(gòu)(200)取向固體立方 Mg〇.38Zn〇.62〇薄膜的生長(zhǎng)。利用光刻工藝在MgZnO薄膜上可制備紫外探測(cè)器，由于MgZnO薄膜中Zn的含量較高，所制得的紫外探測(cè)器的可探測(cè)紫外光范圍可以擴(kuò)展到近紫外波段。本發(fā)明為提高立方MgZnO多元合金薄膜中Zn的固溶度和擴(kuò)展立方MgZnO薄膜的可探測(cè)紫外光范圍提供了便捷有效的手段。[0〇17]本發(fā)明提供的紫外探測(cè)器，為MSM結(jié)構(gòu)，所制備的探測(cè)器對(duì)250nm的日盲紫外光有最大的響應(yīng)度，光響應(yīng)截至邊為330nm，因此該紫外探測(cè)器可以探測(cè)250nm-330nm的紫外光。【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的低溫低氧壓低氧流量條件下在非晶石英襯底上獲得的 MgZnO薄膜的歸一化X射線衍射圖；
[0019]圖2本發(fā)明實(shí)施例1的低溫低氧壓低氧流量條件下在非晶石英襯底上獲得的MgZnO 薄膜的在紫外-可見(jiàn)吸收光譜；
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的低溫低氧壓低氧流量條件下在非晶石英襯底上獲得的 MgZnO薄膜在紫外-可見(jiàn)光下光子能量和吸收系數(shù)乘積的平方(ahv)2隨光子能量hv的變化曲線；
[0021]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的低溫低氧壓低氧流量條件下在非晶石英襯底上獲得的 MgZnO薄膜的X射線光電子能譜；
[0022]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的低溫低氧壓低氧流量條件下在非晶石英襯底上獲得的 MgZnO薄膜上制備MSM結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的實(shí)施例1的低溫低氧壓低氧流量條件下在非晶石英襯底上獲得的MgZnO薄膜上制備MSM結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的紫外光響應(yīng)譜。【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[〇〇25] MgZnO薄膜材料的生長(zhǎng)過(guò)程是在特定的襯底上，在特定的生長(zhǎng)條件(溫度、氣壓等) 下完成，襯底表面的原子構(gòu)成和生長(zhǎng)條件對(duì)MgZnO薄膜的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和含量影響較大，本發(fā)明通過(guò)控制襯底表面的原子排布和生長(zhǎng)條件的控制抑制MgZnO薄膜材料中的結(jié)構(gòu)分相情況， 在提高Zn含量的同時(shí)MgZnO薄膜還能保持單一結(jié)構(gòu)。由于此類方法在MgZnO的塊體材料的制備過(guò)程中是沒(méi)有的，因此在薄膜材料的沉積過(guò)程中有望進(jìn)一步提高立方MgZnO中Zn的固溶度和進(jìn)一步將MgZnO薄膜材料的可探測(cè)波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展到近紫外(300-400nm)波段。[〇〇26]理想狀態(tài)下非晶石英襯底表面由Si原子和0原子按照1:2的原子比構(gòu)成，在較低的生長(zhǎng)溫度，氧氣流量和壓強(qiáng)條件下，襯底表面吸附的氧氣比較少，因此襯底表面主要由Si和 〇原子以接近1:2的原子比例構(gòu)成。在MgZnO薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程中，襯底表面每個(gè)Si原子上會(huì)生長(zhǎng)2個(gè)0原子，每個(gè)0原子上會(huì)生長(zhǎng)一個(gè)Zn或Mg原子，生長(zhǎng)過(guò)程中Mg(Zn)金屬原子和0原子以 1:1的原子比例同時(shí)生長(zhǎng)在每一層MgZnO原子層中，這種生長(zhǎng)方式與立方結(jié)構(gòu)MgZn0(200)晶面是一致的，因此MgZnO薄膜主要沿立方結(jié)構(gòu)的(200)取向擇優(yōu)生長(zhǎng)。[〇〇27]按照本發(fā)明的技術(shù)方案制備一種立方結(jié)構(gòu)(200)取向MgZnO薄膜，過(guò)程如下:
[0028]S01:制備 Mg0.4Zn0.60 陶瓷靶材；[〇〇29]S02:選取非晶石英襯底，將襯底放入腔體中，加熱所述襯底至300°C，通入流量為lOsccm的氧氣，使腔體壓強(qiáng)在4Pa，然后采用Mg0.4Zn〇.6〇祀材，在所述襯底上進(jìn)行脈沖沉積。
[0030]具體地，所述石英襯底為非晶襯底;所述靶材規(guī)格為直徑29.6mm，厚度4.00mm，可以市售獲得或者通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)制備。所述MgZnO薄膜的Zn含量為62%。[〇〇31]步驟S02具體為，將襯底切割成15 X 20cm大小，經(jīng)過(guò)清洗后放置于PLD設(shè)備生長(zhǎng)室內(nèi)。在靶托上放入所述MgQ.4ZnQ.60靶材作為源材料，在距離靶材正前方放置清洗后的襯底， 通過(guò)移動(dòng)襯底的基底托調(diào)節(jié)基靶間距，使基底與靶材的間距可以在50?90mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)， 加熱所述襯底至300 °C。所述襯底的加熱可以通過(guò)爐絲加熱襯底，實(shí)現(xiàn)可以提供襯底溫度為室溫到750°C的精確溫度控制。生長(zhǎng)之前，對(duì)襯底進(jìn)行預(yù)熱;生長(zhǎng)時(shí)，調(diào)節(jié)襯底溫度為300°C， 打開激光器和基靶之間擋板進(jìn)行沉積;生長(zhǎng)100?140分鐘后關(guān)閉激光器和基靶之間擋板， 降至室溫，取出樣品。生長(zhǎng)過(guò)程在變化氧氣氣壓的條件下進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)真正的氧氣氣壓的調(diào)節(jié)，防止其他氣體的影響，在機(jī)械栗和分子栗作用下抽真空，生長(zhǎng)室的背底真空可以達(dá)到? 5 X l(T4Pa。以高純氧氣(99.9999 % )作為生長(zhǎng)氣體，為了調(diào)節(jié)氧氣流量，可以用兩路量程為0 ?5〇SCCm和0?20〇SCCm的流量控制。所述高純氧氣進(jìn)入工作室腔體前被一個(gè)高壓裝置離化。將被離化裝置離化的高純氧氣引入真空反應(yīng)室，通過(guò)調(diào)節(jié)氧氣流量至lOsccm，將生長(zhǎng)室內(nèi)氣壓控制在4Pa，使薄膜分別在不同的工作壓強(qiáng)下生長(zhǎng)。采用德國(guó)Lambda Physics公司進(jìn)口的COMPexPro 220KrF準(zhǔn)分子激光器為激光光源，激光波長(zhǎng)248nm，脈寬20ns，脈沖能量可變化范圍:0?700mJ，脈沖頻率:0?50Hz。優(yōu)選地，生長(zhǎng)時(shí)激光能量固定在250?350mJ。 [〇〇32]本發(fā)明中制備MgZnO薄膜所用的是PLD技術(shù)，PLD技術(shù)是在一定激光功率和激光光斑尺寸下燒蝕靶材，此時(shí)，Mg、Zn、0原子會(huì)脫離靶材、以一定速度到達(dá)襯底表面進(jìn)行再結(jié)晶成膜，生長(zhǎng)MgZnO薄膜。本發(fā)明所提供的高Zn含量立方結(jié)構(gòu)(200)取向MgZnO薄膜的制備方法，是利用0蒸汽壓較低的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)參數(shù)使MgZnO薄膜生長(zhǎng)處于較低氣壓、較低氧氣流量的環(huán)境，此時(shí)由于Mg、Zn、0原子向襯底運(yùn)動(dòng)過(guò)程中收到氧氣的碰撞幾率較低，到達(dá)襯底時(shí)迀移能量較高，可以迀移到原子能量較高的(200)取向立方MgZnO表面，并且由于(200) 取向立方MgZnO表面的表面能最低，最容易暴露在薄膜的表面，因此在低氣壓、低氧流量的環(huán)境下比較有利于(200)取向立方MgZnO薄膜的生長(zhǎng)。；如果非晶石英襯底，在較低的溫度下襯底表面與氧氣的反應(yīng)比較弱，襯底表面由Si原子和0原子以原子比接近1:2的比例交替構(gòu)成，MgZnO薄膜在沉積過(guò)程中襯底表面以每個(gè)Si原子表面生長(zhǎng)2個(gè)0原子，每個(gè)0原子表面生長(zhǎng)一個(gè)Mg(Zn)金屬原子的方式生長(zhǎng)，MgZnO薄膜的生長(zhǎng)方式也與(200)取向的立方結(jié)構(gòu) MgZnO—致。另外由于較低沉積溫度下MgZnO薄膜沉積過(guò)程中Mg、Zn和0原子在MgZnO內(nèi)部的橫向熱迀移微弱，MgZnO薄膜內(nèi)部的組分和結(jié)構(gòu)分相被有效抑制，因而生長(zhǎng)的MgZnO薄膜盡管Zn的含量高達(dá)62%，薄膜依然保持單一立方結(jié)構(gòu)。
[0033]本發(fā)明通過(guò)對(duì)獲得缺氧和富氧氣氛的方法(抽真空，實(shí)際還可采用通入惰性氣體等)、氧氣流量、陶瓷靶種類、激光器參數(shù)、襯底溫度、生長(zhǎng)時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行不斷探究和實(shí)驗(yàn)， 才獲得了本發(fā)明的MgZnO薄膜。
[0034]應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明的方法為高質(zhì)量多元立方結(jié)構(gòu)氧化物薄膜的制備提供了一種新的思路，即，利用不同生長(zhǎng)氣壓，氧氣流量等條件下沉積原子迀移能的變化，實(shí)現(xiàn)薄膜材料生長(zhǎng)取向和生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的有效控制，在適當(dāng)原子構(gòu)成的襯底上可以獲得高Zn含量氧化物合金薄膜材料，也可參照應(yīng)用于非氧化物薄膜，例如多元氮化物薄膜。
[0035]本發(fā)明還提供的一種紫外探測(cè)器的制備方法，采用上述所得的立方結(jié)構(gòu)(200)取向MgZnO薄膜進(jìn)行制備，過(guò)程如下:[〇〇36]S03:選用高純金(99.999%)作為MgZnO紫外探測(cè)器的電極材料；[0〇37]S04:選用真空熱蒸發(fā)在上述所得的立方結(jié)構(gòu)(200)取向MgZnO薄膜上制備Au薄膜電極，蒸發(fā)氣壓精確控制在5.0 X l(T3Pa，蒸發(fā)速率精確控制在0.2nm/s，金屬薄膜電極的厚度為50nm。[〇〇38]S05:選用正型光刻膠光刻技術(shù)將Au薄膜電極刻蝕成插指結(jié)構(gòu)，獲得紫外探測(cè)器；所述紫外探測(cè)器為MSM結(jié)構(gòu)，所制備的探測(cè)器對(duì)250nm的日盲紫外光有最大的響應(yīng)度，光響應(yīng)截至邊為330nm;所述紫外探測(cè)器可以探測(cè)250nm-330nm的紫外光。其中插指的數(shù)量精確控制在12對(duì)，插值電極結(jié)構(gòu)中插指的指寬精確控制在5wii，插指的指寬精確控制在5wii，插指的長(zhǎng)度精確控制在500mi。
[0039]具體地，步驟S03中，所述金屬材料可以市售獲得或者通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)制備。步驟S04 中，薄膜金電極的制備可以通過(guò)常規(guī)的熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)蒸鍍完成。步驟S05中，光刻工藝中的正型光刻膠可以市售獲得，薄膜金電極的腐蝕溶液要通過(guò)實(shí)驗(yàn)室按照具體的成分和比例精確配制，保證腐蝕過(guò)程中腐蝕液不會(huì)腐蝕MgZnO薄膜。
[0040]步驟S04具體為，將立方結(jié)構(gòu)(200)取向MgZnO薄膜放置于真空熱蒸發(fā)設(shè)備生長(zhǎng)室內(nèi)。在陶瓷蒸發(fā)舟上放入高純金作為源材料，通過(guò)移動(dòng)襯底的基底托調(diào)節(jié)基靶間距，使 MgZnO薄膜與蒸發(fā)舟的間距可以在100-200mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，沉積金屬之前，對(duì)蒸發(fā)舟和Au原材料進(jìn)行預(yù)熱；蒸發(fā)金屬金時(shí)，蒸發(fā)氣壓精確控制在5.0 X l(T3Pa，蒸發(fā)速率精確控制在 0.2nm/s，金屬薄膜電極的厚度為50nm;蒸發(fā)結(jié)束后，關(guān)閉熱蒸發(fā)真空鍍膜機(jī)，給真空腔體充氣至一個(gè)大氣壓，取出樣品。[〇〇41 ] 步驟S05具體為:
[0042](1)將鍍好Au膜的MgZnO薄膜樣品用高純氮?dú)馇鍧嵄砻婧?，放入勻膠機(jī)的樣品臺(tái)上，打開與勾膠機(jī)相連的機(jī)械栗，啟動(dòng)勾膠機(jī)吸片功能，此時(shí)MgZnO薄膜被固定在樣品臺(tái)上。 在樣品表面滴入少量光刻膠后啟動(dòng)勻膠過(guò)程，勻膠過(guò)程時(shí)間固定為慢轉(zhuǎn)速下6s，高轉(zhuǎn)速下 30s，旋轉(zhuǎn)結(jié)束后完光刻膠被均勻覆蓋在樣品表面。[〇〇43](2)取下樣品放入表面皿，使用烘焙箱進(jìn)行前烘，達(dá)到設(shè)定的80°C以后將表面皿放入烘焙箱進(jìn)行烘干，使光刻膠中的溶劑揮發(fā)并增強(qiáng)光刻膠與樣品表面的粘附性，前烘時(shí)間設(shè)定為l〇min。
[0044](3)前烘結(jié)束以后，取出表面皿放在室溫下冷卻，隨后將表面皿中的樣品放入光刻機(jī)的樣品臺(tái)準(zhǔn)備光刻，此時(shí)需要將掩膜版置于樣品之上，按照需要將對(duì)應(yīng)尺寸的掩膜版圖像界面與樣品表面的光刻膠緊密接觸，曝光時(shí)間設(shè)定為60s，這一曝光方式成為接觸式曝光。經(jīng)過(guò)光刻機(jī)中汞燈發(fā)出的紫外線曝光以后，一部分紫外線光線就會(huì)被掩模版上的電極結(jié)構(gòu)圖形會(huì)遮擋，而另一部分紫外光在透明區(qū)域就可以通過(guò)，被紫外光照的那部分光刻膠發(fā)生光化學(xué)變化，電極結(jié)構(gòu)圖形就會(huì)復(fù)刻到Au膜上。[〇〇45](4)將曝光好的樣品放入顯影液中進(jìn)行顯影，正膠光刻過(guò)程中被曝光的那部分光刻膠溶于顯影液而露出Au膜電極，沒(méi)有曝光那部分光刻膠仍然在樣品表面保護(hù)Au膜。形成電極圖案后用高純?nèi)ルx子水清洗樣品表面，洗掉多余的顯影液及光刻膠殘?jiān)酶呒兊獨(dú)獯蹈蓸悠泛蠓湃氡砻婷蟆?br>[0046](5)將表面皿中樣品在烘焙箱進(jìn)行中烘，此時(shí)烘焙箱設(shè)定為90°C，中烘時(shí)間為lOmin，中烘完成后取出表面皿在室溫下冷卻，這一步烘干也稱為堅(jiān)膜，可以增強(qiáng)光刻膠與金屬薄膜的附著力以及抗腐蝕性能。[〇〇47](6)使用提前配置好的Au腐蝕液對(duì)樣品上的Au膜進(jìn)行腐蝕，露出的Au膜電極會(huì)被腐蝕液腐蝕掉，而被光刻膠覆蓋的那部分Au膜則得以保留。用高純?nèi)ルx子水將樣品沖洗干凈，洗掉多余的腐蝕液和Au膜殘?jiān)?，使用高純氮?dú)獯蹈蓸悠贩湃氡砻婷?。[〇〇48](7)最后使用丙酮溶液清洗MgZnO薄膜紫外探測(cè)器，丙酮會(huì)溶解掉樣品表面剩下光刻膠，用高純氮?dú)獯蹈珊蟊愕玫街苽浜玫腗gZnO薄膜紫外探測(cè)器件，此時(shí)掩膜版上的電極圖形完整的轉(zhuǎn)移到了 Au薄膜表面。[〇〇49]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0050] 實(shí)施例1[0051 ] 制備(200)取向立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜:[〇〇52]將清洗好的非晶石英襯底放入腔體樣品架上，先把腔體抽到5.0 X l(T4Pa的背底真空度，襯底溫度300°C進(jìn)行生長(zhǎng)。固定氧氣流量為lOsccm，通過(guò)改變單位時(shí)間抽出真空室的氧氣量的大小，使薄膜分別在4Pa工作壓強(qiáng)下生長(zhǎng)。生長(zhǎng)過(guò)程中，激光能量和激光頻率分別固定為300mJ，5Hz，基靶間距為60mm，襯底溫度保持在450 °C，生長(zhǎng)時(shí)間為120min，降至室溫取出樣品。
[0053]制備紫外探測(cè)器:米用MSM插指狀的Au電極，其中由12對(duì)插指，每個(gè)插指的指長(zhǎng)500 Mi，指寬5wii，指間距5wii。具體如下:[〇〇54]選用高純金(99.999%)作為MgZnO紫外探測(cè)器的電極材料；[0〇55 ]選用真空熱蒸發(fā)在上述所得的立方結(jié)構(gòu)(200)取向MgZnO薄膜上制備Au薄膜電極， 蒸發(fā)氣壓精確控制在5.0 X l(T3Pa，蒸發(fā)速率精確控制在0.2nm/s，金屬薄膜電極的厚度為50nm〇
[0056]本實(shí)施例中得到的低溫低氧壓低氧氣流量條件下，在石英襯底上制備的MgZnO薄膜沿(200)取向擇優(yōu)生長(zhǎng)(如圖1)。圖2是實(shí)施例1中得到的低溫低氧壓低氧氣流量條件下， 在非晶石英襯底上制備的MgZnO薄膜的紫外可見(jiàn)吸收光譜，薄膜的吸收邊大約在300nm。圖3 是本實(shí)施例得到的低溫低氧壓低氧氣流量條件下，在非晶石英襯底上制備的MgZnO薄膜的紫外-可見(jiàn)光下光子能量和吸收系數(shù)乘積的平方(ahv)2隨光子能量hv的變化曲線，從該圖可得MgZnO薄膜的光學(xué)禁帶寬度約為4.2^3射線光電子能譜(圖4)分析得到的薄膜樣品的 Mg和Zn的相對(duì)含量約為38%和62%。
[0057]圖5是本實(shí)施例制備的MSM結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)圖，所制備的探測(cè)器對(duì) 250nm的日盲紫外光有最大的響應(yīng)度，光響應(yīng)截至邊為330nm;所述探測(cè)器可以探測(cè)250nm-330nm的紫外光。[〇〇58]圖6是實(shí)施例1的低溫低氧壓低氧流量條件下，在非晶石英襯底上獲得的MgZnO薄膜上制備MSM結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器的紫外光響應(yīng)譜，器件在5V偏壓下對(duì)250nm日盲紫外光有最大的響應(yīng)度，光響應(yīng)截至邊在330nm。
[0059]由實(shí)施例1可以看到，在較低的溫度，氧氣壓強(qiáng)和氧氣流量條件下，在非晶石英襯底上可以通過(guò)激光脈沖沉積方法制備出單一的立方結(jié)構(gòu)(200 )Mg〇.38Zn〇.62〇薄膜。由于MgZnO 薄膜中Zn含量較高，MgZnO紫外探測(cè)器的可探測(cè)紫外光范圍可以擴(kuò)展到330nm的近紫外光波段。
[0060]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:制備MgQ.4ZnQ.60陶瓷靶材；將襯底放入腔體內(nèi)，加熱襯底至300°C，和通入流量為l〇-3〇SCCm的氧氣，使腔體壓強(qiáng)為 4Pa;以及采用所述靶材，在所述襯底上進(jìn)行脈沖沉積，制得薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制得的薄膜為立方結(jié)構(gòu)(200)取向 Mg0.38Zn〇.62〇 薄膜。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述襯底為非晶石英襯底。4.一種立方結(jié)構(gòu)MgZnO薄膜，其特征在于，采用權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的制備方法 制成;所述MgZnO薄膜的Zn含量為62%。5.—種紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:制備尚純金電極材料；以所述高純金為源材料，在權(quán)利要求4所述的MgZnO薄膜上以真空蒸發(fā)的方式制備Au薄 膜電極；以及通過(guò)正型光刻膠光刻技術(shù)將所述Au薄膜電極刻蝕成插指電極結(jié)構(gòu)，獲得紫外探測(cè)器。6.如權(quán)利要求5所述的紫外探測(cè)器的制備方法，所述真空蒸發(fā)的蒸發(fā)氣壓為5.0 X1(T 3Pa，蒸發(fā)速率為0.2nm/s。7.如權(quán)利要求5所述的紫外探測(cè)器的制備方法，所述Au薄膜電極的厚度為50nm。8.如權(quán)利要求5所述的紫外探測(cè)器的制備方法，所述插指電極結(jié)構(gòu)中插指的數(shù)量為12 對(duì);所述插指電極結(jié)構(gòu)中插指的寬度為5ym，插指的長(zhǎng)度為5 0 Oym。9.如權(quán)利要求5所述的紫外探測(cè)器的制備方法，所述紫外探測(cè)器為MSM結(jié)構(gòu)，可探測(cè)的 紫外光的波長(zhǎng)范圍為250nm-330nm〇10.—種紫外探測(cè)器，其特征在于，采用權(quán)利要求5?9任意一項(xiàng)所述的紫外探測(cè)器的制 備方法制成。
【文檔編號(hào)】G01J1/42GK105951045SQ201610381758
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】韓舜, 呂有明, 曹培江, 柳文軍, 曾玉祥, 賈芳, 劉新科, 朱德亮
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)