[发明专利]一种高压阻特性硼掺杂多晶硅薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅薄膜技术领域，涉及一种高压阻特性硼掺杂多晶硅薄膜及其制备方法。

背景技术

多晶硅压力传感器因其成本低，量程宽，抗冲击和使用温度高等优点在近些年迅速发展成一种性价比极高的传感器，但是如何在保证传感器灵敏度的同时更进一步提高传感器的高温特性一直是多晶硅压力传感器亟待解决的问题。通过大量的实验研究，多晶硅薄膜在厚度接近或者低于100纳米时具有良好的压阻性能，此外，通过重掺杂多晶硅薄膜的隧道压阻效应更为明显，所以制备纳米级多晶硅薄膜的工艺成为当今研究的热点。现有技术中，制备多晶硅薄膜的主要方法是利用低压化学气相淀积法(LPCVD)，是通过离子注入法掺杂硼原子，但是该方法存在对基板的要求较高，且无法保证掺杂的均匀性等缺陷，从而导致了多晶硅薄膜的应用受限。

发明内容

鉴于现有的多晶硅薄膜压阻效应的极限温度较低、薄膜掺杂均匀性差等问题，本发明采用激光脉冲溅射沉积的方法制备硼掺杂多晶硅薄膜，提供了一种高压阻特性硼掺杂多晶硅薄膜及该薄膜的制备方法。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：一种高压阻特性硼掺杂多晶硅薄膜的制备方法，选取硅靶材和硼靶材，将硅靶材、硼靶材和处理后的基板放入真空系统中，抽真空至1.0×10^-4Pa，基板温度为600～700℃，优选650℃，基板与靶材间距离为3～5cm，优选4cm；用激光器发射激光，频率为1～4Hz，溅射1～3小时，优选2小时；最后将薄膜在800～900℃下退火1～3h，该退火条件优选为900℃退火2h，得硼掺杂多晶硅薄膜。

进一步的，所述的硅靶材纯度为99.99％。

进一步的，所述的硼靶材纯度为99.99％。

进一步的，所述的基板为石英玻璃基板。

进一步的，所述的基板处理方法为：石英玻璃基板先经过去离子水洗，然后在丙酮中超声10～15分钟，再用无水乙醇清洗，烘干。

本发明还请求保护上述任一种方法制备的高压阻特性硼掺杂多晶硅薄膜。该多晶硅薄膜硼掺杂量为0.05～0.25at％。

本发明的制备方法可以有效控制多晶硅薄膜的厚度以及硼掺杂浓度，工艺简单，重复性好，成本低廉，制得的多晶硅薄膜致密性好，具有优异的压阻特性和高温稳定性；电阻的温度系数小，应变系数大，当溅射频率为3Hz时达到最大值36.8，比现有多晶硅薄膜提高约10％～11％；应变系数的温度系数的绝对值比现有的多晶硅薄膜电阻的温度系数减少了10％；为多晶硅压力传感器的发展提供了新思路。

附图说明

图1为本发明制备的多晶硅薄膜的应变系数；

图2为本发明制备的多晶硅薄膜归一化电阻率随温度的变化曲线；其中曲线1为溅射频率1Hz，曲线2为溅射频率2Hz，曲线3为溅射频率3Hz，曲线4为溅射频率4Hz；

图3为本发明制备的多晶硅薄膜应变系数随温度的变化曲线；

图4为本发明制备的多晶硅薄膜的温度系数曲线，其中TCR表示电阻率温度系数，TCGF表示应变系数的温度系数；

图5为本发明制备的多晶硅薄膜的表面形貌图，其中a为溅射频率1Hz的多晶硅薄膜，b为溅射频率2Hz的多晶硅薄膜，c为溅射频率3Hz的多晶硅薄膜，d为溅射频率4Hz的多晶硅薄膜。

具体实施方式

下面通过实施例详细说明本发明的内容，但不用于限制本发明的保护范围，如无特殊说明，本发明所涉及的实验药品及原料均市售可得，本发明所使用的准分子激光器购自于安微光机所，型号为TOL-25B；真空系统购自于沈阳科技仪器责任有限公司，型号为PLD-450。

实施例1

选取纯度为99.99％的高纯硅靶材和99.99％的硼靶材，选取石英玻璃为基板，将石英玻璃基板先经过去离子水洗，然后在丙酮中超声10～15分钟，再用无水乙醇清洗，烘干。将硅靶材、硼靶材和基板放入真空系统中，抽真空至1.0×10^-4Pa，基板温度为650℃，基板与靶材间距离为4cm；用激光器发射激光，控制频率为1Hz，溅射2小时，制得要求厚度的薄膜；最后将薄膜在900℃下退火2小时，得硼掺杂多晶硅薄膜，其中硼的含量为0.15at.％。

实施例2