一种组分可调非晶INASSUBX/SUBSBSUB1X/SUB薄膜材料的制备方法.pdf

III-V族InAsxSb1-x三元合金材料是典型的红外波段窄禁带材料，具有稳定性好，响应快，施主和受主性能好，工作波段的探测率高，能达到精确探测的要求。制备出非晶态InAsxSb1-x薄膜将解决生长InAsxSb1-x晶体的生长费用昂贵，材料与衬底存在晶格失配问题。并且非晶态InAsxSb1-x薄膜表现出明显的半导体特性，有望开发出具有实用价值的半导体器件。我们发明的目的在于提供一种组分可调非晶InAsxSb1-x薄膜的双靶溅射制备方法，在保证非晶InAsxSb1-x薄膜的完全无序结构前提下，制备出组分可调非晶InAsxSb1-x，这为研制红外探测器及其他非晶态光电子器件奠定基础。

1、  一种组分可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜材料的溅射制备方法，包括双靶溅射制备和制备后热退火工艺。

2、  根据权利要求1所述的组份可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜，其特征在于，如步骤A之前进一步所述，InAs靶靶基距固定在80mm，InSb靶靶基距固定在50mm。

3、  根据权利要求1所述的组份可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜，其特征在于，如步骤A所述，衬底温度为20℃，工作气压为3-4Pa，InAs靶溅射功率为0-80W，InSb靶溅射功率为0W-120W。

4、  根据权利要求1所述的的组份可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜，其特征在于，如步骤B所述，退火温度150℃，退火时间3小时。

5、  根据权利要求1所述的组份可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜，其特征在于，0≤x≤1，光学带隙在0.41-0.7eV之间，光敏为3左右。

一种组分可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜材料的制备方法
技技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，属于半导体光电子新型材料的磁控溅射制备领域。
背景技术
III-V族InAs_xSb_1-x三元合金材料的带隙覆盖范围是3-12μm，是典型的红外波段窄禁带材料，具有稳定性好，响应快(次ns级)，施主和受主性能好，工作波段(5-8μm)的探测率高，能达到精确探测的要求。而且与HgCdTe材料相比具有以下优点：
(1)InAs_xSb_1-x的带隙对组分的依赖关系比HgCdTe弱，带隙易于控制，能克服HgCdTe大面积组分不均匀的缺点，对焦平面列阵器件尤为有利。
(2)Hg-Te之间为易断的离子键，且Hg易扩散，从而造成器件制作的困难，即使采用HgTe/CrTe超晶格，亦因其界面互扩散不稳定性而难以实现，而共价的InAs_xSb_1-x化合物能承受器件工艺的各种处理，使材料硬度、热稳定性、抗辐射能力增强。
(3)利用InAs_xSb_1-x应变层超晶格电子迁移率高，电子有效质量比HgCdTe大的特点，在较高的响应速度下，利于降低隧穿效应，减少暗电流。
但是生长InAs_xSb_1-x晶体的费用昂贵，材料与衬底存在晶格失配问题。制备出非晶态InAs_xSb_1-x薄膜，将解决晶体材料上述问题。并且非晶态InAs_xSb_1-x薄膜表现出明显的半导体特性，有望开发出具有实用价值的半导体器件。制备出组分可调InAs_xSb_1-x薄膜将推动非晶红外材料和器件的发展。磁控溅射技术由于其生长温度低、薄膜粘附性好、膜质均匀致密、工艺可控性强等优点，被广泛用来制备非晶态薄膜材料。采用磁控溅射技术开展组分可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜的制备，将推动非晶InAs_xSb_1-x在光电子器件上的应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
我们发明的目的在于提供一种组分可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜的双靶溅射制备方法，在保证非晶InAs_xSb_1-x薄膜的完全无序结构前提下，制备出组分可调非晶InAs_xSb_1-x，并且优化工艺提高非晶InAs_xSb_1-x薄膜的光电性能和表面形貌。
(二)技术方案
为了达到上述目标，本发明的技术方案包括双靶溅射制备和制备后热退火工艺，具体包括：
A、采用双靶磁控溅射技术在石英衬底上制备组分可调的非晶InAs_xSb_1-x(0≤x≤1)薄膜；
B、在磁控溅射系统的真空室内，150℃条件下恒温热退火。
所述步骤A之前进一步包括：
采用纯度为99.99％以上的InAs单晶靶和InSb多晶靶。先将InAs靶靶基距固定在80mm，InSb靶靶基距固定在50mm，再将石英衬底用丙酮、乙醇超声清洗10min，用去离子水(DI)清洗两次，放在分析纯乙醇中，用氮气吹干，装到样品托盘上固定，最后将样品托盘快速放入真空室。
所述步骤A包括：
通过水冷，衬底温度固定为20℃，当背底真空度小于10^-4Pa时，调节质量流量计，充入氩气，氩气充入前要经过气体纯化器去除杂质。通过改变闸板阀的开启大小来控制抽出气体的速率实现溅射压强为3-4Pa，准备溅射。
为了除去靶材表面的污染，要预溅射靶材数分钟。InAs靶溅射功率为0-80W，InSb靶溅射功率为0W-120W。当反射功率调至最小时，将衬底移出挡板，溅射正式开始，溅射1个小时。
所述步骤B包括：
关闭射频源，衬底移上挡板，将衬底温度降至150℃，在背底真空度小于10^-4Pa时开始计时，热退火3个小时。
(三)有益效果
根据上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明，制备了完全非晶结构的InAs_xSb_1-x薄膜，薄膜的无序化程度很高，非晶InAs_xSb_1-x薄膜透射电子衍射谱(TEM)证明薄膜的完全非晶结构，如图1所示，非晶InAs_xSb_1-x薄膜的TEM。
2、本发明，制备出了组分可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜(0≤x≤1)。
3、利用本发明，制备非晶InAs_xSb_1-x薄膜的表面均匀、光滑，如图2，为所制备样品的扫描电镜图(SEM)。
4、本发明所制备组分可调非晶InAs_xSb_1-x薄膜的光学带隙在0.41-0.7eV之间，光敏为3左右。