一种氧化亚铜单晶薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种氧化亚铜薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]氧化亚铜的禁带宽度为2.2eV，处于光伏发电的最佳能隙范围内，与太阳光谱的极大值相匹配。理论上，氧化亚铜太阳能电池的光电转换效率能达到20%以上。据估计，只要能达到5%的光电转换效率，氧化亚铜在太阳能电池上的应用就会有较高的经济价值。而且，铜原料资源丰富，价格低廉，无毒无污染。这些都表明氧化亚铜薄膜在太阳能方面具有巨大的潜在应用价值。
[0003]制备氧化亚铜膜的技术很多，几乎囊含了所有常用的薄膜生长技术，如:电化学法，磁控溅射法，热氧化法，脉冲激光沉积技术，溶胶-凝胶法，化学气相沉积技术，有机金属化学气相沉积技术等。
[0004]但目前得到的氧化亚铜薄膜大都是多晶或非晶，而且其中容易混入氧化铜相。其中结晶质量好的氧化亚铜薄膜都是采用MOCVD方法或者MBE方法制备的，不仅有设备和有机金属源原料昂贵的问题，还需要用到化学性质不稳定的稀有氧化镁衬底，或者用氧化镁作为衬底(参见Fu Yajun,Lei Hongwei ,Wang Xuemin,Yan Dawei ,Cao Linhong,Yao Gang,Shen Changle,Peng Liping,Zhao Yan,Wang Yuying,Wu ffeidong,Appl.Surf.S.273(2013) 19.)和氧化亚铜薄膜之间的插入层(参见Li Junqiang,Mei Zengxia,Ye Daqian,Liang Huili,Liu Yaoping,Du Xiaolong.J.Cryst.Cr.351(2012)63.)。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明的目的在于提供一种氧化亚铜的薄膜制备方法，通过采用廉价易得的工业原料碘化亚铜作为原料，选用商品化的蓝宝石衬底或硅衬底，在常压条件下通过气相沉积反应制备出氧化亚铜薄膜。
[0007](二)技术方案
[0008]本发明提出一种氧化亚铜薄膜的制备方法，包括如下步骤:步骤I，将铜源放入反应舟内，反应舟放入石英反应管内；步骤2，将清洗、吹干后的衬底放在衬底托上，放入石英反应管内；步骤3，打开铜源气路，让惰性气体通过反应舟进入石英反应管，反应舟的出口正对衬底表面;步骤4，打开氧源气路，让惰性气体携带氧源进入石英反应管;步骤5，加热石英反应管，加热石英反应管内的反应舟和衬底;步骤6，调节反应舟和衬底的工作温度，设定生长时间，在衬底上沉积氧化亚铜薄膜，完成制备。
[0009]优选地，所述的铜源为碘化亚铜。
[0010]优选地，所述的衬底为蓝宝石或硅衬底。
[0011]优选地，所述的氧源为一种含氧气体或者多种含氧气体的混合气体。
[0012]优选地，所述的惰性气体为氮气、氩气、氦气或氖气，或其混合惰性气体。
[0013]优选地，所述的铜源气路和氧源气路各自独立，在反应舟的出口氧源气路和铜源气路开始相遇混合。
[0014]优选地，反应舟的出口距离衬底表面0.5cm_5cm。
[0015]优选地，衬底的工作温度在700°C?1100°C。
[0016]优选地，衬底的工作温度在750°C?950°C。
[0017](三)有益效果
[0018]本发明的有意效果在于:所用的设备要求简单，不需要昂贵的真空设备，不需要昂贵的原料，不需要稀有的衬底材料或插入层材料，不需要如等离子体、激光类的特殊能源，具有大工业生产的潜力。
【附图说明】
[0019]图1是在蓝宝石衬底上制备的氧化亚铜薄膜的XRD衍射图；
[0020]图2是在蓝宝石衬底上制备的氧化亚铜薄膜的透射电镜图；
[0021 ]图3是在硅衬底上制备的氧化亚铜薄膜的XRD衍射图；
[0022]图4是在蓝宝石衬底上制备的氧化亚铜薄膜的XRD衍射图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0024]本发明提出一种氧化亚铜薄膜的制备方法，包括步骤:
[0025]步骤I，将铜源放入反应舟内，反应舟放入石英反应管内。铜源为碘化亚铜。
[0026]步骤2，将清洗、吹干后的衬底放在衬底托上，放入石英反应管内。其中衬底为蓝宝石或硅衬底。
[0027]步骤3，打开铜源气路，让惰性气体通过反应舟进入石英反应管，反应舟的出口正对衬底表面。
[0028]步骤4，打开氧源气路，让惰性气体携带氧源进入石英反应管。氧源为一种含氧气体或者多种含氧气体的混合气体，含氧气体可以是氧气、水蒸气、一氧化二氮、一氧化氮或二氧化氮等。惰性气体为氮气、氩气、氦气或氖气，或其混合惰性气体。铜源气路和氧源气路各自独立，在反应舟的出口氧源气路和铜源气路开始相遇混合。
[0029]步骤5，加热石英反应管，加热石英反应管内的反应舟和衬底。石英管的工作温度不得高于11001，衬底的工作温度也不得高于11001。反应舟的出口距离衬底表面0.5(^-5cm0
[0030]步骤6，调节反应舟和衬底的工作温度，设定生长时间，在衬底上沉积氧化亚铜薄膜，完成制备。衬底的工作温度在700°C?1100°C，优选在750°C?950°C。
[0031]图1是在蓝宝石衬底上制备的氧化亚铜薄膜的XRD衍射图；图2是在蓝宝石衬底上制备的氧化亚铜薄膜的透射电镜图；图3是在硅衬底上制备的氧化亚铜薄膜的XRD衍射图；图4是在蓝宝石衬底上制备的氧化亚铜薄膜的XRD衍射图。粉末X射线衍射(XRD)和透射电镜测试用来检测制备的氧化亚铜薄膜的晶向和结晶质量。
[0032]以下是根据实验结果给出的几个氧化亚铜薄膜制备示例。
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