[发明专利]一种可变带隙的AlCoCrFeNi高熵合金氧化物半导体薄膜及其制备方法

说明书

一种可变带隙的AlCoCrFeNi高熵合金氧化物半导体薄膜及其制备方法，属半导体材料技术领域。这种薄膜具有如下通式：(Al_yCoCrFeNi)_1‑xO_x，x=0.3～0.7，y=0～1.0，磁控溅射靶材Al:Co:Cr:Fe:Ni的原子比为y:1:1:1:1；薄膜呈纳米晶或非晶态，整体氧化。通过调整x和y可使带隙宽度在2.20～4.20 eV区间、硬度在7～20 Gpa区间、电阻率在1×10⁷～1×10¹⁹μΩ·cm区间连续变化，且在不同基体上生长的薄膜呈现透明或不同颜色。磁控溅射法制备薄膜方法成熟，可获得纳米晶或非晶态结构，整体氧化、薄膜均匀致密且表面平整。该薄膜灵活选择改变金属元素或改变氧分压来大范围调整，又可以带来性能（带隙宽度、硬度、电阻率、颜色等）的大范围调整，拓宽了薄膜的应用领域，可应用于光学、微电子器件、高硬耐磨及装饰薄膜等领域。

技术领域

本发明涉及一种可变带隙的AlCoCrFeNi高熵合金氧化物半导体薄膜及其制备方法，其属半导体材料技术领域。

背景技术

高熵合金相对于传统合金存在以下优点：①高熵合金中每种元素均为主要元素，原子百分比在5%～35%，不同于传统合金中的添加元素，合金的性质由所有元素集体主导；②由于多元素混合后产生的高熵效应，高熵合金倾向于多种元素互相固溶而形成结构单一的固溶体，避免了传统合金由于少量添加元素而易产生金属间化合物硬脆相的缺点；③高熵合金结构和性能的变化随着元素含量的改变有着较大的敏感性，可通过小范围改变元素含量而有效地调节合金的性能。已经有研究表明在对高熵合金进行氧化的研究中发现：合金发生整体氧化而非生成每个金属元素单独氧化物的集合，但是高熵氧化物是宽带隙半导体还没有报道。在此基础上，高熵合金氧化物相对于单元素金属氧化物存在如下优势：①可通过改变高熵合金中的任一组元而轻易改变其氧化物的体系和性能；②氧化物薄膜的制备方法简易，磁控溅射可以灵活改变靶材成分和氧分压，调整薄膜成分从而获得不同的性能。

构成高熵合金的组元如Al、Ni等，其氧化物多数是半导体，例如，Al₂O₃带隙宽度在4.0 eV左右，硬度在10 Gpa左右，电阻率为3×10¹⁹ μΩ·cm，Al₂O₃薄膜在红外和可见光波段具有良好的透过性，可作为光学仪器所需的红外波段窗口材料，Al₂O₃薄膜还具有良好的绝缘性，可应用于半导体器件中的阻挡层；NiO带隙宽度在3.5 eV左右，电阻率为2×10¹⁴ μΩ·cm，NiO薄膜在透明的基础上具有相对小的电阻率，是一种透明导电薄膜。这种单一金属氧化物薄膜是成分比较固定的半导体，如果要调整半导体性能只能进行掺杂，调整范围却十分有限。而高熵合金是多组元的，发生的是整体氧化，经我们前期研究可以明确，无需采用掺杂的方式，只需微量调整高熵合金各组元的配比，高熵氧化薄膜的性能就可以在较大范围内调节。

为解决现有单一金属氧化物薄膜，需要通过掺杂进行调整半导体性能，且调整范围比较小的问题；制备带隙覆盖面更广的更容易调整的宽带隙半导体材料。

发明内容

针对上述内容，本发明拟获得成分和性能可大范围调整的高熵合金氧化物的薄膜，通过磁控溅射方法在不同基体上制备可变带隙的高熵合金氧化物半导体薄膜。