一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115821378A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211507290.X(22)申请日2022.11.29(71)申请人厦门大学地址361005福建省厦门市思明区思明南路422号(72)发明人程其进肖博翰苏童艾子康沈禹衡(74)专利代理机构厦门南强之路专利事务所(普通合伙)35200专利代理师张素斌(51)Int.Cl.C30B25/18(2006.01)C30B25/16(2006.01)C30B29/16(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法(57)摘要一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，将氮化镓薄膜转移到等离子体增强化学气相沉积装置内，并放置在管式炉加热区中间位置，启动机械泵将管式炉内抽真空，维持管式炉内压强在10～30Pa，之后将管式炉的温度升高到800～900℃；向管式炉内同时输入氩气和氧气，当管式炉内压强稳定在20～100Pa时，打开射频电源产生等离子体，在管式炉内放电稳定后停止通入氩气；待放电再次稳定后，保持管式炉内温度不变，进行热氧化处理；关闭射频电源，停止通入氧气，保持机械泵工作的同时，使管式炉自然冷却到室温。本发明实现快速、高质量的氧化镓薄膜制备。CN115821378ACN115821378A权利要求书1/1页1.一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)使用以c面蓝宝石为衬底生长的氮化镓薄膜；(2)使用HCl水溶液对氮化镓进行清洗，之后使用丙酮、无水乙醇、去离子水依次超声波清洗；(3)将氮化镓薄膜转移到等离子体增强化学气相沉积装置内，并放置在管式炉加热区中间位置，启动机械泵将管式炉内抽真空，维持管式炉内压强在10～30Pa，之后将管式炉的温度升高到800～900℃；(4)向管式炉内同时输入氩气和氧气，当管式炉内压强稳定在20～100Pa，打开射频电源产生等离子体，在管式炉内放电稳定后停止通入氩气；待放电再次稳定后，保持管式炉内温度不变，进行热氧化处理；(5)关闭射频电源，停止通入氧气，保持机械泵工作的同时，使管式炉自然冷却到室温。2.根据权利要求1所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：控制步骤(4)中的热氧化时间和气体通量，可以根据要求获得氧化镓薄膜的厚度。3.根据权利要求1所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，热氧化处理的时间为60～300min。4.根据权利要求1所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，氧气流量为20～60sccm，氩气流量为2～10sccm。5.根据权利要求1所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，放电电流在2.0～3.5A。6.根据权利要求1所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，氮化镓薄膜通过金属有机化学气相沉积方法制备，厚度为700～900nm。7.根据权利要求1所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，HCl水溶液的体积配比为HCl:H2O＝1:1。8.根据权利要求1所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述等离子体增强化学气相沉积装置包括管式炉、加热系统、真空系统、气体流量控制系统和等离子体发生系统；所述管式炉的一侧接气体流量控制系统，另一侧接真空系统；所述等离子体发生系统由两个安装在管式炉两端的金属电极棒和射频电源组成；所述气体流量控制系统用于控制气体流入管式炉的流量；所述加热系统设于管式炉外周，用于对于管式炉加热。9.根据权利要求8所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述管式炉采用石英材质。10.根据权利要求8所述的一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述真空系统由一级机械泵组成，可将管式炉内抽至真空度20Pa以下。2CN115821378A说明书1/5页一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法技术领域[0001]本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种等离子体热氧化制备氧化镓薄膜的方法。背景技术[0002]由于硅本身的禁带宽度、击穿场强等电学性能限制，经过几十年的技术发展，硅基器件已经显示出不能完全满足产业界对电子器件的需求的颓势。目前第三代半导体，即宽禁带半导体，如氮化镓、碳化硅、金刚石、氧化镓等已经逐渐进入研究者及工业界的兴趣范围内。其中氧化镓禁带宽度为4.9～5.1eV，仅次于金刚石，并且在可见光波段有极高的透过率，在日盲紫外波段有光响应。氧化镓(Ga2O3)主要有五种晶胞结构，分别被命名为α、β、γ、δ、ε，其中β‑G