一种单一相Mg2Si半导体薄膜的制备工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CN102925866B(45)授权公告日(45)授权公告日2015.03.11(21)申请号201210455881.7赵珂杰等.环境友好半导体Mg2Si薄膜的研究进展.《中国光学与应用光学》.2010,第3卷(22)申请日2012.11.14(第5期),446-451页.(73)专利权人贵州大学审查员秦思地址550025贵州省贵阳市贵州大学花溪北校区科技处(72)发明人谢泉肖清泉余宏陈茜张晋敏(74)专利代理机构贵阳中新专利商标事务所52100代理人吴无惧(51)Int.Cl.C23C14/30(2006.01)C23C14/16(2006.01)C23C14/58(2006.01)(56)对比文件CN101798674A,2010.08.11,权利要求1-3，6和8.权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种单一相Mg2Si半导体薄膜的制备工艺(57)摘要本发明公开了一种单一相Mg2Si半导体薄膜的制备工艺，它包括以下过程：第一、Si衬底上蒸发沉积Mg膜,首先将Si片清洗干燥,将Si片固定在电阻热蒸发室上方的样品架上，Mg颗粒放置在蒸发坩埚内，进行蒸镀；第二、退火工艺，蒸镀完成后的Si片置于高真空退火炉中进行低真空氛围退火，最后制备出单一相Mg2Si半导体薄膜；解决了现有技术存在的实验条件苛刻，成本较高，难于工业化推广等缺点，以及采用电子束蒸发沉积工艺，在退火炉中退火过程中采用氩气氛围退火，有MgO氧化物等杂质的产生，最终影响Mg2Si的品质等问题。CN102925866BCN102925866B权利要求书1/1页1.一种单一相Mg2Si半导体薄膜的制备工艺，其特征在于：它包括以下过程：第一、Si衬底上蒸发沉积Mg膜,首先将Si片清洗干燥,将Si片固定在电阻热蒸发室上方的样品架上，Mg颗粒放置在蒸发坩埚内，进行蒸镀；第二、退火工艺，蒸镀完成后的Si片置于高真空退火炉中进行低真空氛围退火，退火过程中，高真空退火炉中的退火炉背底真空小于等于10-3Pa，退火前调节角阀，使真空保持在10-1Pa-10-2Pa之间，退火过程中，退火时间3-7h,退火温度350℃-450℃，最后制备出单一相Mg2Si半导体薄膜；在Si片清洗干燥过程中，先将Si片裁切至所需形状尺寸，将其用无水乙醇、丙酮超声波清洗，再使用去离子水超声波清洗；将清洗干净的样品置于干燥箱中70℃条件下烘干，使用压片将Si片固定在电阻热蒸发室上方的样品架上；在进行蒸镀前，先对电阻热蒸发室抽真空，当真空度小于等于2.0×10-4Pa时，开始蒸镀；蒸发电流逐步加到80A，正式开始蒸镀；蒸镀时的电阻式热蒸发的功率为16～19kW，蒸发速率保持在18-24nm/min，蒸发时间为15-18min。2.根据权利要求1所述的单一相Mg2Si半导体薄膜的制备工艺，其特征在于：在Si衬底上制备了单一相Mg2Si半导体薄膜，即在Si衬底上制备的Mg2Si半导体薄膜中不含MgO或Mg晶粒相物质。2CN102925866B说明书1/4页一种单一相Mg2Si半导体薄膜的制备工艺技术领域[0001]本发明涉及一种单一相Mg2Si半导体薄膜的制备工艺。背景技术[0002]Mg2Si作为一种拥有良好发展前景的金属硅化物环境友好半导体材料，具有以下特点：元素Mg、Si的原料资源丰富、地壳蕴藏量大、价格低廉；元素无毒无污染，Mg2Si耐腐蚀、抗氧化。环境友好半导体Mg2Si材料之所以具有广阔的应用前景，还因为它具有一系列优良的特性，如其制备方法与现有的Si基微电子工艺相兼容，减少了生产设备升级带来的成本压力；1.2-1.8μm红外线波段适用于现代通讯器件；与n型Si有着很好的欧姆接触，-7接触电阻率为2.2×10W·cm，比金属Al还小一个数量级。同时，Mg2Si被认为是一种热电效率高(ZT>1)的热电材料。在光电及热电性质的研究方面，作为一种窄带隙半导体材料，Mg2Si在红外传感器领域有一定的应用前景，通过掺杂不同元素进行分析，证明了Mg2Si具有良好的热电材料应用前景。总之，Mg2Si薄膜材料在光电器件、电子器件、能源器件领域具有重要的应用前景，有望逐步取代以前有毒或容易造成环境污染的半导体材料，具有较大的社会效益及环境效益。目前已经有多种技术被应用于Mg2Si薄膜材料的制备，其中包括：脉冲激光沉积，分子束外延，离子束合成等，这些方法均存在实验条件苛刻，成本较高，难于工业化推广等缺点，采用电子束蒸发沉积工艺，在退火炉中退火过程中采用氩气氛围退火，发现会有MgO氧化物等杂质的产生，最终影响Mg2Si的品质。发明内容[0003]本发明要解决的技术问题：提供一种单一相Mg2Si半导体薄膜的制备工艺，以克服现有技