一种镓酸锌薄膜的制备方法以及镓酸锌薄膜

本公开涉及半导体材料，尤其涉及一种镓酸锌薄膜的制备方法以及镓酸锌薄膜。

背景技术：

1、近年来，随着科技的快速发展，宽禁带半导体材料引起了研究者的广泛关注，与传统的硅基材料相比，宽禁带半导体材料具有更宽的禁带宽度、更强的高温稳定性和更卓越的化学稳定性等优势，因此在下一代电子器件和光电子器件中有着广阔的应用前景。其中，镓酸锌（znga2o4）是一种具有优异光学、电学和物理特性的宽禁带半导体材料，在光电探测和功率电子器件等领域具有广泛的应用潜力。

2、目前报道的可用于镓酸锌薄膜生长的技术主要有金属有机化学气相沉积法（mocvd）、分子束外延（mbe）、脉冲激光沉积（pld)和磁控溅射（ms）等。然而，这些传统方法在实践中普遍存在一些挑战，如高成本、复杂的制备工艺等。金属有机化学气相沉积法因其高温条件和昂贵的金属有机前驱体而导致成本较高，且操作复杂，容易引入碳、氢等元素的污染。分子束外延虽然能够精确控制薄膜的生长，但设备成本高昂，且生长速度较慢，限制了其在工业化生产中的应用。脉冲激光沉积虽然具有快速生长速率和良好的薄膜质量，但设备成本高，生长尺寸小，不适合大规模工业生长，且需要复杂的激光系统，增加了制备的复杂度和成本。磁控溅射是一种利用高频交变磁场激发等离子体，将靶材的原子或分子溅射到基片上形成薄膜的技术，在制备镓酸锌薄膜上具有沉积速率快、薄膜质量高、可控性强、适用于大面积沉积等优势。

3、但是现有的磁控溅射工艺制备镓酸锌薄膜的过程中，存在zn缺失的问题，这是因为zn和ga的蒸汽压不同，导致zn在沉积过程中更容易挥发。使用单一标准化学计量比的镓酸锌靶材会导致沉积出的镓酸锌薄膜中zn/ga组分比低于标准值，进而影响其晶体结构、能带结构、光学和电学等特性。

技术实现思路

1、本公开提供了一种镓酸锌薄膜的制备方法以及镓酸锌薄膜，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种镓酸锌薄膜的制备方法，所述方法包括：

3、提供衬底；

4、利用射频磁控溅射工艺，使用镓酸锌靶材和氧化锌靶材，在所述衬底上形成镓酸锌薄膜；其中，在射频磁控溅射工艺过程中，镓酸锌靶材的溅射功率为50w~200w，氧化锌靶材的溅射功率为20w~80w。

5、在一可实施方式中，所述镓酸锌薄膜中的锌元素和镓元素的原子比为1:4~1:1。

6、在一可实施方式中，在射频磁控溅射工艺过程中，使用氩气和氧气为溅射气体，其中，所述氩气的气体流量为10sccm~100sccm，氧气的气体流量为1sccm~50sccm。

7、在一可实施方式中，在射频磁控溅射工艺过程中，溅射气压为0.2pa~5pa。

8、在一可实施方式中，在射频磁控溅射工艺过程中，衬底的温度为20~1000℃。

9、在一可实施方式中，在射频磁控溅射工艺过程中，溅射时间为0.5h~5h。

10、在一可实施方式中，还包括：

11、在形成所述镓酸锌薄膜之前，将所述衬底放置于反应腔内的样品盘上，所述样品盘的转速为10r/min~50r/min。

12、根据本公开的第二方面，提供了一种镓酸锌薄膜，通过上述实施方式中任一项所述的镓酸锌薄膜的制备方法制备形成。

13、在一可实施方式中，所述镓酸锌薄膜中的锌元素和镓元素的原子比为1:4~1:1。

14、本公开的镓酸锌薄膜的制备方法以及镓酸锌薄膜，通过在磁控溅射过程中，引入氧化锌靶材与镓酸锌靶材一起共同溅射生长镓酸锌薄膜，相比于现有的单一镓酸锌靶材或者加入金属锌靶材制备镓酸锌薄膜，将氧化锌靶材作为额外的锌源来补偿锌的挥发，并通过精确控制镓酸锌靶材和氧化锌靶材的溅射功率，可以有效解决镓酸锌薄膜中锌缺失的问题，以及有利于调控镓酸锌薄膜的zn/ga组分比，从而根据需求获得相应性能的薄膜，制备高质量的镓酸锌薄膜。这种精确控制不仅能够提高薄膜的结晶度和均匀性，还有助于优化薄膜的光电和电学特性，从而在光电探测器件和功率电子器件等领域中发挥更广泛的应用。同时相比于现有的加入金属锌靶材制备镓酸锌薄膜，本公开实施例中通过加入氧化锌靶材，避免了金属锌与氧气反应不完全而引入金属锌杂质的问题，实现对镓酸锌薄膜生长过程的精准调控，进而获得具有优异性能的镓酸锌薄膜。此外，本方法具有工艺简单、操作易行、成本较低等优势，适用于大规模制备。

15、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种镓酸锌薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

9.一种镓酸锌薄膜，其特征在于，通过上述权利要求1-8中任一项所述的镓酸锌薄膜的制备方法制备形成。

10.根据权利要求9所述的镓酸锌薄膜，其特征在于，

技术总结本公开提供了一种镓酸锌薄膜的制备方法以及镓酸锌薄膜，其中，所述镓酸锌薄膜的制备方法包括：提供衬底；利用射频磁控溅射工艺，使用镓酸锌靶材和氧化锌靶材，在所述衬底上形成镓酸锌薄膜；其中，在射频磁控溅射工艺过程中，镓酸锌靶材的溅射功率为50W~200W，氧化锌靶材的溅射功率为20W~80W。本公开通过精确控制镓酸锌靶材和氧化锌靶材的溅射功率，可以实现对镓酸锌薄膜生长过程的精准调控，进而获得具有优异性能的镓酸锌薄膜。这种精确控制不仅能够提高薄膜的结晶度和均匀性，还有助于优化薄膜的光电和电学特性，从而在光电探测器件和功率电子器件等领域中发挥更广泛的应用。此外，本方法具有工艺简单、操作易行、成本较低等优势，适用于大规模制备。技术研发人员：韩冬阳,张文瑞,叶继春受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/29