InSb薄膜制備工藝發(fā)展綜述

摘要:綜述了InSb薄膜的制備方法，氧化和熱處理工藝，以及InSb薄膜的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了InSb薄膜的分析方法和在各類磁阻元件和傳感器中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:InSb薄膜;真空蒸鍍;熱處理;靈敏度

中圖分類號(hào):TB383.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-7712 (2012) 12-0208-01

一、引言

InSb薄膜的制備及其性質(zhì)和應(yīng)用的研究，在近幾年引起了人們的廣泛注意和興趣。化合物半導(dǎo)體薄膜在理論上是一個(gè)重要研究課題。在我國(guó)，臺(tái)灣國(guó)立中山大學(xué)、沈陽(yáng)儀器儀表工藝研究所、天津大學(xué)、浙江大學(xué)等單位對(duì)InSb薄膜的制備技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)和深入的研究，解決了薄膜制造過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，并成功的用該薄膜制造了薄膜型InSb磁阻型元件。

二、InSb薄膜制備工藝

(一)基底和基底絕緣層制備

不管選用磁性基底還是非磁性基底材料，都要經(jīng)過(guò)切、磨、拋使其厚度和表面的平整光亮程度符合工藝要求，因?yàn)榛妆砻娴钠秸饬脸潭戎苯佑绊慖nSb薄膜的性能特性，所以對(duì)基底的磨拋要求很高，其表面一定要平整光亮如鏡。磨拋好的基片表面還需要形成一層高絕緣，高致密的介質(zhì)薄膜，以防止蒸鍍InSb時(shí)基底中的元素向InSb中擴(kuò)散而影響薄膜的性能，另外基底與InSb薄膜之間絕緣與否將直接影響以后制作出的InSb霍爾元件的性能好壞。目前使用最廣泛的制備絕緣膜層的方法是采用低壓化學(xué)氣相沉積方法在硅片或鐵氧體基片上生長(zhǎng)SiO2膜，用此方法制得的介質(zhì)薄膜即平整有光亮，厚度只需1um就可以滿足DC100V時(shí)絕緣電阻大于1M歐姆的技術(shù)要求。同時(shí)該介質(zhì)膜絕緣性、致密性好，與基片及InSb薄膜的熱性能匹配良好。

(二)InSb薄膜層的制備

目前，InSb薄膜的制備方法有真空蒸鍍法(包括閃蒸法)、分子束外延法(MBE)、有機(jī)金屬外延法(MOCVD)、磁控濺射法、電子束蒸鍍法、離子束薄膜淀積技術(shù)等。

其中真空蒸鍍法是國(guó)內(nèi)外運(yùn)用最廣泛也最具代表性的方法。利用真空鍍膜技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)玻璃基片上制得電子遷移率為40000cm2/V.S的InSb薄膜;在氮?dú)狻⒑獾缺Ｗo(hù)性氣氛下，通過(guò)對(duì)InSb薄膜的兩個(gè)階段的熱處理過(guò)程可以獲得電子遷移率為40000cm2/V.S的InSb薄膜，利用真空下氬氣保護(hù)液相重結(jié)晶的方法對(duì)InSb薄膜進(jìn)行熱處理，可以使電子遷移率提高到4.47×104cm2/V.s。

目前的InSb薄膜工藝技術(shù)研究解決了用In、Sb單質(zhì)蒸鍍工藝，在磁性和非磁性基底上替代InSb單晶蒸鍍制作多晶膜的工藝技術(shù)，降低了成本，提高了成品率。工藝采用三溫區(qū)法，控制兩個(gè)蒸發(fā)源和基底的溫度，使成膜后Sb的分子濃度較低，即處于富In狀態(tài)。在熱處理過(guò)程的后半部分，由于共晶點(diǎn)的退化，會(huì)析出In固相，因此得到Insb-In共晶體。工藝還控制結(jié)晶條件和過(guò)程，使得析出的In成為針狀的排列而起到短路電極的作用，提高了靈敏度。同時(shí)采用選擇性濕法刻蝕工藝，特別是InSb-Au歐姆接觸膜層的選擇性刻蝕工藝制作電極，工藝成品率達(dá)到70%以上。用該InSb薄膜開發(fā)的InSb霍爾元件已經(jīng)大規(guī)模進(jìn)行批量生產(chǎn)。

(三)InSb薄膜的氧化和熱處理

用熱蒸鍍或是濺射法制備的InSb薄膜，還存在大量的In、Sb兩項(xiàng)單質(zhì)，膜的晶粒尺寸很小，且為InSb、In、Sb各相的混合物。為了提高InSb薄膜的電子遷移率，要對(duì)所制得的薄膜進(jìn)行熱處理。熱處理的溫度非常關(guān)鍵，過(guò)去對(duì)InSb的熱處理怕重熔后InSb的再次揮發(fā)，一般選擇熔點(diǎn)下的某一溫度。目前的處理工藝是先將真空中蒸鍍好的InSb薄膜表面氧化，使之表面形成一層In2O3鈍化膜，用來(lái)保護(hù)InSb膜在熱處理過(guò)程中不被氧化，并防止熱處理過(guò)程中Sb的揮發(fā);然后將氧化過(guò)的InSb薄膜置于管式加熱爐內(nèi)，在高于InSb熔點(diǎn)的某一溫度范圍內(nèi)，在Ar等惰性氣體保護(hù)性氣氛下或是真空條件下對(duì)InSb薄膜進(jìn)行熔融熱處理，以便徹底改變蒸發(fā)過(guò)程中使InSb薄膜縱向分布不均勻而造成的富Sb、InSb、In多層結(jié)構(gòu)，使之形成理想的InSb化合物多晶薄膜。而且通過(guò)恰當(dāng)?shù)奶幚頃r(shí)間還可以使InSb的晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，提高結(jié)晶性能，提高InSb薄膜的純度，減小晶粒效應(yīng)，從而提高其電子遷移率。

三、InSb薄膜的分析及在磁阻元件中的應(yīng)用

(一)InSb薄膜的分析

對(duì)InSb薄膜的表面形貌分析主要由能將微細(xì)物相放大成像的顯微鏡來(lái)完成。目前一些顯微鏡，如掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)場(chǎng)離子顯微鏡(FIM)等都已達(dá)到原子分辨能力，可直接觀察到InSb表面原子的排列。In Sb薄膜成分分析包括測(cè)定其元素組成，化學(xué)態(tài)及元素的分布。主要方法有俄歇電子能譜(AES)、X射線光電子能譜(XPS)、電子探針分析(EMA)、二次離子質(zhì)譜等。分析insb薄膜的結(jié)構(gòu)大多科研機(jī)構(gòu)主要采用X射線衍射的方法，對(duì)薄膜的原子排列、晶胞大小、晶體取向、結(jié)晶對(duì)稱性等進(jìn)行分析。

(二)InSb薄膜在磁阻元件中的應(yīng)用前景

InSb薄膜是一種III-VI族化合物半導(dǎo)體薄膜，是目前電子遷移率最高的一種薄膜半導(dǎo)體材料，用該薄膜制做的InSb霍爾元件是磁敏傳感元件中靈敏度最高的，也是磁敏傳感元件中用量最大的一種。主要用于電腦、錄像機(jī)、VCD、DVD、汽車、散熱風(fēng)扇等產(chǎn)品中的無(wú)刷直流電機(jī)上。同時(shí)，半導(dǎo)體磁阻型傳感器廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、測(cè)量等領(lǐng)域，如轉(zhuǎn)速傳感器，電流傳感器，位置傳感器和圖像識(shí)別傳感器等，而高靈敏度半導(dǎo)體磁阻元件是這種磁阻傳感器的核心部件。因此，具有較高電子遷移率和良好的磁阻特性的InSb薄膜已成為制作半導(dǎo)體磁阻型傳感器的關(guān)鍵，具有廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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