[发明专利]一种自持金刚石厚膜衬底上低温沉积Ga2

说明书

一种自持金刚石厚膜衬底上低温沉积Ga₂O₃薄膜的制备方法，属于薄膜材料制造技术领域。步骤为：将自支撑金刚石厚膜基片依次通过丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗8‑12分钟后，用氮气吹干送入反应室；采用ECR‑PEMOCVD系统，将反应室抽真空至6.0×10‑4Pa，将所述聚酰亚胺基片加热至室温～200℃，向反应室内通入氩气携带的三甲基镓、氧气，二者流量比为(2～5)：(50～80)，控制气体总压强为1.0～3.0Pa；电子回旋共振频率为500‑800W，制备时间60min～240min,得到在自持金刚石基片的Ga₂O₃光电薄膜。本发明可以在较低的温度下制备出高性能的Ga₂O₃薄膜材料，制备工艺简单。

技术领域

本发明属于光电薄膜材料的制造技术领域，特别是涉及一种ECR-PEMOCVD 系统在自持金刚石厚膜衬底低温沉积Ga₂O₃薄膜的制备方法。

背景技术

凭借其优异的导热性和优良的耐热性，金刚石衬底特别适合于大功率高频滤器件的制作。近年来采用高温裂解热丝化学气相沉积(CVD)技术可以在硅或者金属衬底上大面积沉积制备出高质量的金刚石膜。而且该CVD技术已经发展的较为成熟。所以金刚石作为衬底大功率高频滤器件可以实现。氧化镓 (Ga₂O₃)材料的带隙宽度为4.9eV，是宽禁带半导体材料。而且其具有多种结构，其中以单斜结构的β型最为稳定。凭借其优异的光学与电学特性与其在紫外波段透射率高等优势，可作为紫外透明导电氧化物材料，广泛应用于光电器件，而且在高功率器件领域也具有广阔的发展前景。

现有技术有分子束外延(molecular beam epitaxy，MBE)方法，在蓝宝石衬底制备Ga₂O₃薄膜材料，制备β-Ga2O3薄膜紫外探测器。射频磁控溅射方法与金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapour deposition， MOCVD)方法制备了Ga₂O₃薄膜，并对薄膜进行退火处理，制备了Ga₂O₃日盲紫外探测器。但是诸多方法大多采用蓝宝石作为衬底材料来制备Ga₂O₃薄膜，而且 MOCVD方法制备温度较高，增加了所制备的Ga₂O₃薄膜的热缺陷。磁控溅射方法难以精确控制Ga₂O₃薄膜的化学计量比。

电子回旋共振等离子体增强技术(ECR-PEMOCVD)实验装置采用的是一种新型的腔耦合磁多级型微波ECR等离子体源，其微波耦合效率在95％以上。该源型可在10^-2～10^-1Pa的气压下产生具有高能电子(5～50eV)、低能离子(＜ 2eV)、大面积均匀非磁化的高活化等离子体，特别适于大面积、无高能离子损伤的功能薄膜低温生长研究，在国际上被誉为适于半导体微细加工的优秀等离子体源型。由于聚酰亚胺(PI)不能耐高温，传统的MOCVD方法制备温度较高，当前ECR-PEMOCVD技术以及相关设备，都没有用于生产Ga₂O₃薄膜，因此如何利用ECR-PEMOCVD技术优点，在聚酰亚胺衬底上以较低的温度下生产出性能优异的Ga₂O₃薄膜是目前研究的难点。

发明内容

针对上述存在的技术问题，为了解决现在技术上的不足，本发明提供一种 ECR-PEMOCVD在自持金刚石厚膜衬底低温沉积Ga₂O₃薄膜的制备方法，它是采用 ECR-PEMOCVD系统，通过其电子回旋共振，可以在较低的温度下制备出高性能的Ga₂O₃薄膜材料，而且制备工艺简单，可实现规模生产。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：