一种钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116024658A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202211691933.0(22)申请日2022.12.27(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人马啸尘(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203专利代理师王兆波(51)Int.Cl.C30B29/16(2006.01)C30B29/64(2006.01)C30B23/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜及其制备方法，用五氧化二钽粉末和氧化钨粉末混合烧制的靶材作为原料，采用脉冲激光沉积方法在钇稳定的氧化锆(YSZ)单晶衬底上制备得到钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄。本发明的钨掺杂六方相五氧化二钽薄膜是具有单晶结构的外延材料，该薄膜材料具有良好的半导体电学性质，并且单晶质量高、稳定性好。可用于透明半导体器件和紫外光电探测器等领域。CN116024658ACN116024658A权利要求书1/2页1.一种钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜，其特征在于，该薄膜的化学组成是钨掺杂的五氧化二钽，为六方结构的单晶材料；用五氧化二钽粉末和氧化钨粉末混合烧制的靶材作为原料，采用脉冲激光沉积方法在钇稳定的氧化锆单晶衬底上制备，得到钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜。2.根据权利要求1所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜，其特征在于，所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜的钨掺杂浓度为0.2～4.0％。3.根据权利要求1所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜，其特征在于，所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜的电阻率变化范围为11.3～95.2Ωcm，载流子霍尔迁移率变化范围为9.8～82.1cm2V‑1s‑1，载流子浓度变化范围为8.0×1014～5.6×1016cm‑3。4.根据权利要求1所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜，其特征在于，所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜是以不同钨掺杂浓度的Ta2O5陶瓷靶材为原料，采用脉冲激光沉积方法在单晶衬底上制备得到。5.根据权利要求4所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜，其特征在于，所述单晶衬底材料为钇稳定的氧化锆YSZ，钨掺杂六方相五氧化二钽薄膜与YSZ衬底的外延关系为δ‑Ta2O5(0001)//YSZ(111)。6.实现权利要求1‑5任一所述钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜的制备方法，包括步骤如下：以不同钨掺杂浓度的Ta2O5陶瓷靶材为原料，采用脉冲激光沉积方法，在单晶衬底上沉积钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜。7.根据权利要求6所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述单晶衬底为立方结构YSZ(111)晶面。8.根据权利要求6所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜的制备方法，其特征在于，脉冲激光沉积过程中激光器参数和反应室的参数条件如下：激光器单个脉冲能量：150～320mJ脉冲频率：1～10Hz反应室压强：2～15Pa衬底温度：700～850℃。9.根据权利要求6所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜的制备方法，其特征在于，脉冲激光沉积过程中激光器参数和反应室的参数条件如下：激光器单个脉冲能量：190～280mJ脉冲频率：2～8Hz反应室压强：3～10Pa衬底温度：720～800℃。10.根据权利要求6所述的钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜的制备方法，其特征在于，脉冲激光沉积过程中激光器参数和反应室的参数条件如下：激光器单个脉冲能量：250mJ脉冲频率：4Hz反应室压强：5Pa衬底温度：750℃2CN116024658A权利要求书2/2页上述制备工艺条件下，δ‑Ta2O5:W薄膜的生长速率为0.3～4.5nm/分钟。3CN116024658A说明书1/6页一种钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种钨掺杂六方相五氧化二钽单晶薄膜及其制备方法，属于半导体光电材料技术领域。背景技术[0002]随着半导体器件技术的不断发展，宽禁带氧化物半导体材料越来越受到人们的关注，并且向着宽带隙、高击穿电压和高介电常数的方法发展。近年来，继氧化铟、氧化锡和氧化锌之后，具有更大禁带宽度的氧化物如氧化镓、氧化铪和氧化钽等成为人们关注的热门材料。宽禁带氧化物材料可用于平面显示、薄膜太阳能电池、透明薄膜晶体管、光探测器和耐高压功率器件等的制造。[0003]五氧化二钽(Ta2O5)常见的有六方、四方和正交相结构，具有带隙宽(3.9‑4.5eV)和高介电常数(20‑22)以及耐腐蚀性好等优点，是一种非常有前途的多功能材料。在电化学、生化传感器和光催化等领域已