专利名称：掺铜氧化镍导电透明薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明属于透明电子学(Transparent Electronics)研究领域，具体涉及一种ρ 型导电透明掺铜氧化镍薄膜及其制备方法。
背景技术：
到目前为止，性能不断提升的透明氧化物半导体(TransparentOxide Semiconductor, T0S)材料均为η型半导体，与之对应的ρ型材料则一直未能有重大进展， 因而无法合成高质量的透明氧化物ρη结，从而限制了 TOS材料在半导体光电子器件领域的 应用。P型透明氧化物半导体已经成为透明电子学发展的瓶颈材料，在材料的选择、导电机 理及合成工艺等方面都有待进一步研究。NiO是一种宽禁带ρ型半导体材料，对其进行适当的掺杂可以提高其在室温下的 电导率。脉冲等离子体沉积技术(Pulsed PlasmaDeposition,PPD)同脉冲激光沉积(PLD) 方法类似，均是基于烧蚀镀膜的过程，即把一个很高的能量瞬间转移到靶材表面的很小部 位，造成其温度高于升华限制，这样靶材就被烧蚀出来并利用剩余的动能运动到基板表面 而沉积形成薄膜。PPD具有与PLD同样的有效性和普适性，但操作上更为简单，设备成本更 为低廉。因此，采用脉冲等离子体沉积技术制备研究P型掺杂氧化镍薄膜是一项十分有意 义的研究工作。
发明内容
本发明目的是提供一种可应用于半导体光电子器件的、高质量的ρ型透明氧化物 半导体薄膜。本发明的另一个目的是提供上述ρ型透明氧化物半导体薄膜的制备方法。本发明提供了一种ρ型导电透明氧化物半导体薄膜，该薄膜的材料是化学配比为 NihCuxO的掺铜氧化镍薄膜。所述的χ的范围是O < χ彡0. 3，例如0. 05，0. 1,0. 2,0. 25， 0. 3，等等。本发明的一个实施例表明，χ = 0. 1时获得的ρ型透明氧化物半导体薄膜具有 高电导率、可见光范围内高透射率等优良的光电性能。用同样的方法制备和检测的、成份为 Nia8Cua2O和Nia7Cua3O的薄膜也具有较好的电导率和透射率。上述ρ型导电透明氧化物半导体薄膜，可以采用脉冲等离子体沉积法制备获得。本发明还提供了上述ρ型导电透明氧化物半导体薄膜的制备方法，即脉冲等离子 体沉积法。该方法可以以NihCuxO陶瓷靶为烧蚀靶材，以普通载玻片为基板，在合适的工艺 参数下，利用脉冲电子束轰击靶材，使靶材被烧蚀出来并利用剩余的动能运动到基板表面 而沉积形成薄膜；其中，0 < χ < 0. 3。作为基板的可以包括成份为S^2的普通玻璃。所述的χ 的范围是 0 < χ 彡 0. 3，例如 0. 05，0. 1,0. 2,0. 25，0. 3，等等。其中，基板温度的变化范围可以为室温到400°C。靶表面与石英管、基板的距离可 以分别为2-5mm和15_35mm。例如，靶表面与石英管距离为2、3、4mm等，靶表面与基板的距离为15、18、20、25、30、33、35mm等。工作气体可以设定为O2，气压维持在2. 0 4. OPa。工 作电压可以采用-15 -19kV。工作电流范围2. 1 4. 2mA。脉冲电子束重复频率2. OHz。 生长时间为30 90分钟。实验结果表明，本发明制备的掺铜氧化镍薄膜，最高电导率达到5. 17S ^nT1(电阻 率为1. 93 X ΙΟ—1 Ω cm)，载流子迁移率0. 42011^1,载流子浓度7. 75 X 1019cnT3，可见光区域 平均透射率高于60%，是一种光电性能优良的新型ρ型透明氧化物半导体材料。所采用的 PPD技术设备价格相对低廉，操作简单，是一种制备高质量ρ型导电透明氧化物薄膜的新方法。本发明提供了一种可应用于半导体光电子器件的、高质量的ρ型透明氧化物半导 体薄膜。同时，其制备方法具有操作简便，设备价格相对低廉的优越性。因此，本发明所获 得的新型薄膜材料及制备方法，在半导体光电子领域具有一定的应用潜力。
图1是Nia 9Cu0.…薄膜随沉积温度变化的XRD曲线。图2是Nia9CuaiO薄膜的电阻率、载流子迁移率和载流子浓度随沉积温度变化的 关系曲线。图3是Nia 9Cu0.…薄膜随沉积温度变化的透射光谱曲线。
具体实施例方式按化学剂量比Nia9CuaiO制备圆形陶瓷靶，靶直径为23. 4mm。采用PPD制备薄膜 基片是普通载玻片，并先后经过去离子水、丙酮和酒精超声波清洗各20分钟；靶表面和石 英导管间距固定为4mm，靶表面距基板距离为25mm ；基板温度变化范围为室温到400°C ；设 定A为工作气压，用Bronlchorst公司的质量流量计控制其流量，使工作气压为3. OPa ；HCL 140-20000型高压直流功率输出源设定工作电压和电流分别为-18. OkV和3. OmA ；脉冲电子 束频率是2. OHz ；薄膜沉积时间约45分钟。实验结果如附图所示，图2中，室温制备的Nia9CuaiO薄膜电学性能最佳，电阻率 为1.93\10-力(^(电导率5.17S cnT1)，薄膜为非晶结构(见图1)。随着温度的增加，薄膜 的晶格结构逐渐由非晶态转变为多晶氧化镍的结构(见图2)，可见光区域的平均透射率从 60%增加到82% (见图3)。
权利要求
1.一种P型导电透明氧化物半导体薄膜，其特征是该薄膜的材料是化学配比为 NihCuxO的掺铜氧化镍薄膜，0 < χ彡0. 3。
2.根据权利要求1所述的ρ型导电透明氧化物半导体薄膜，其特征是所述的χ= 0. 1。
3.根据权利要求1所述的ρ型导电透明氧化物半导体薄膜，其特征是该薄膜采用脉冲 等离子体沉积法制备获得。
4.权利要求1所述的ρ型导电透明氧化物半导体薄膜的制备方法，其特征是所述的方 法是脉冲等离子体沉积法。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是以MhCuxO陶瓷靶为烧蚀靶材，以普通 载玻片为基板，利用脉冲电子束轰击靶材，使靶材被烧蚀出来并利用剩余的动能运动到基 板表面而沉积形成薄膜；其中，0 < χ < 0. 3。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是基板温度的变化范围为室温到400°C。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是脉冲电子束重复频率1.5 2. 5Hz。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是沉积时间为30 90分钟。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是工作电压-15 -19kV，工作电流2.1 4. 2mA ο
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是脉冲电子束轰击靶材所使用的工作气 体设定为O2，气压维持在2. 0 4. OPa0
全文摘要
本发明属于透明电子学研究领域，具体涉及一种p型导电透明掺铜氧化镍薄膜及其制备方法。本发明提供了一种p型导电透明氧化物半导体薄膜，该薄膜是化学配比为Ni1-xCuxO的掺铜氧化镍薄膜，0＜x≤0.3。本发明以普通玻璃为基板，利用Ni1-xCuxO的陶瓷靶，通过脉冲等离子体沉积技术，在适当的基板温度、氧气压、脉冲电流和脉冲电压的条件下制备获得。所制备的薄膜具有高电导率、可见光范围内高透射率等优良的光电性能。同时，其制备方法具有操作简便，设备价格相对低廉的优越性。因此，本发明所获得的新型薄膜材料及制备方法，在半导体光电子领域具有一定的应用潜力。
文档编号H01B5/14GK102110492SQ20091020057
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者张群, 施展, 杨铭 申请人:复旦大学