背景及概述[1]
砷化銦是由銦和砷構(gòu)成的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料。常溫呈銀灰色固體，具有閃鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為0.6058nm，密度為5.66g/cm3(固態(tài))、5.90g/cm3(熔點時液態(tài))。能帶結(jié)構(gòu)為直接躍遷，禁帶寬度(300K)0.45eV。InAs在熔點(942℃)時砷的離解壓只有0.033MPa，可在常壓下由熔體生長單晶。常用的有HB和LEC方法，單晶直徑達(dá)φ50mm。
應(yīng)用[2-5]
砷化銦是一種難于純化的半導(dǎo)體材料。非摻InAs單晶的剩余載流子濃度高于1×1016/cm3，室溫電子遷移率3.3×104cm2/(V·s)，空穴遷移率460cm2/(V·s)。硫在InAs中的有效分凝系數(shù)接近1，故用作n型摻雜劑，以提高縱向載流子濃度分布的均勻性。工業(yè)用的InAs(S)單晶，n≥1×1017/cm3，μ≤2.0×104cm2/(V·s)，EPD≤5×104/cm2。InAs晶體具有較高的電子遷移率和遷移率比值(μe/μh=70)，低的磁阻效應(yīng)和小的電阻溫度系數(shù)，是制造霍耳器件和磁阻器件的理想材料。InAs的發(fā)射波長3.34μm，在InAs襯底上能生長晶格匹配的In-GaAsSb、InAsPSb和InAsSb多元外延材料，可制造2～4μm波段的光纖通信用的激光器和探測器。
1)利用砷化銦-銦鋁砷疊層點制備砷化銦納米環(huán)的生長方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：以半絕緣砷化鎵單晶片為襯底；步驟2：在該襯底上異質(zhì)外延生長銦鋁砷層；步驟3：在該銦鋁砷上外延生長砷化銦疊層；步驟4：在該砷化銦疊層上外延生長砷化鎵薄蓋層；步驟5：退火，砷化銦疊層脫縛，完成砷化銦納米環(huán)的生長。
2）制備一種帶勢壘層結(jié)構(gòu)的砷化銦熱光伏電池，電池的結(jié)構(gòu)為：在P型砷化銦或N型砷化銦襯底上，依次為寬禁帶阻擋層、砷化銦吸收層、N型砷化銦表面層或P型砷化銦表面層。電極分別做在腐蝕后臺面的砷化銦襯底上以及N型(P型)砷化銦表面層上。本發(fā)明的優(yōu)點在于：利用寬禁帶勢壘層阻擋PN結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生的擴散暗電流，從而最終提高熱光伏電池的量子效率。
3）制備一種砷化銦薄膜材料，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法為：超聲清洗單面拋光的單晶Si襯底并吹干，然后將吹干后的單晶Si襯底送入真空腔中加熱去氫；加熱砷單質(zhì)使其揮發(fā)，讓As氣流經(jīng)過單晶Si襯底表面，形成SiAs鍵，活化單晶Si襯底表面，然后低溫生長一層緩沖層；然后在單晶Si襯底襯底表面生長砷化銦薄膜；隨爐冷卻至室溫后得到砷化銦薄膜材料。本發(fā)明所述方法對儀器設(shè)備要求低、成本低、易于操作且重復(fù)性較好；所得到的砷化銦薄膜的形貌、表面均勻平整，沿(111)取向擇優(yōu)生長，厚度為4.83μm，結(jié)晶質(zhì)量好。
4）制備一種高晶體質(zhì)量超細(xì)砷化銦納米線其包括以下步驟：步驟1：將去除表面氧化層的襯底放在分子束外延設(shè)備樣品架上，所述分子束外延設(shè)備裝有銦、砷和銀源；步驟2：設(shè)定襯底溫度為設(shè)定溫度，待溫度穩(wěn)定后，打開銀源擋板，以使得在襯底上沉積一定厚度的銀薄膜；步驟3：關(guān)閉銀源擋板，將襯底升溫至第二設(shè)定溫度，待溫度穩(wěn)定后保持預(yù)定時間，以提高銀薄膜的晶體質(zhì)量；步驟4：然后再將襯底升溫至第三設(shè)定溫度，待溫度穩(wěn)定后保持第二預(yù)定時間，使得所述銀薄膜分散成銀納米顆粒；步驟5：將銦源及砷源升至一定溫度，以通過砷源和銦源的所述溫度調(diào)節(jié)二者的束流比在預(yù)定范圍內(nèi)；步驟6：將襯底溫度降至砷化銦納米線的生長溫度；步驟7：待溫度穩(wěn)定后，同時打開銦源和砷源擋板，在沉積的銀納米顆粒上生長超細(xì)砷化銦納米線。本發(fā)明采用銀做催化劑可以降低砷化銦納米線的生長成本。
制備[6]
一種高效制備高純砷化銦的方法，該方法是采用氣相沉積法，在氬氣保護下分別將三氯化銦和三氯化砷在揮發(fā)室中加熱揮發(fā)成蒸汽，通過噴嘴噴入反應(yīng)室反應(yīng)，氣相沉積生成砷化銦晶體；具體步驟如下：
(1)以氬氣為保護氣體，將三氯化銦和三氯化砷按摩爾質(zhì)量比為1：1～1.5：1取料，分別置于揮發(fā)室1和第二揮發(fā)室2中，300～900℃條件下?lián)]發(fā)0.5h～12h，使兩種物料都處于蒸汽狀態(tài)；
(2)通過噴嘴將兩個揮發(fā)室中的三氯化銦和三氯化砷蒸汽分別通過噴嘴4和第二噴嘴5同時噴入一個鈦材制做的反應(yīng)室3內(nèi)，在300～900℃條件下反應(yīng)2h～5h，氣相沉積得到沉積物；剩余揮發(fā)氣體在常溫下加壓至600～700kPa或在常壓下冷卻到-34℃得到液氯；
(3)將所得沉積物加熱揮發(fā)2h～12h，加熱溫度為300～900℃、壓強為0.5～100KPa，除去殘余的氯，冷卻，得到純度大于99.9％的橘黃色的晶體砷化銦。
所述揮發(fā)室1和第二揮發(fā)室2可采用現(xiàn)有技術(shù)的金屬加熱揮發(fā)設(shè)備，如側(cè)吹式電爐，在電爐的風(fēng)眼連接對向反應(yīng)室的噴嘴。反應(yīng)室也可以采用電加熱爐，氣相沉積得到沉積物；剩余揮發(fā)氣體引出反應(yīng)室，在常溫下加壓至600～700kPa或在常壓下冷卻到-34℃得到液氯。
主要參考資料
[1] 中國冶金百科全書·金屬材料
[2] CN200510054469.4利用砷化銦-銦鋁砷疊層點制備砷化銦納米環(huán)的生長方法
[3] CN201510295810.9一種帶勢壘層結(jié)構(gòu)的砷化銦熱光伏電池
[4] CN201710001932.1一種砷化銦薄膜材料的制備方法及裝置
[5] CN201310024040.5一種高晶體質(zhì)量超細(xì)砷化銦納米線生長方法
[6] CN201711165649.9一種高效制備高純砷化銦的方法