专利名称：一种硅基二氧化钛电致发光器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及硅基二氧化钛电致发光器件及其制备方法。
背景技术：
二氧化钛是一种宽禁带半导体，其禁带宽度为3-3.2ev。 二氧化钛的声子能 量比较低，可以降低非辐射跃迁的几率。此外，它还具有光电转换、光学非线 性等性质。这些优越的性能使得二氧化钛倍受人们关注。1983年，Nakato.Y小 组用溶液法第一次得到了二氧化钛的电致发光(参考文献NakatoY,TsumuraA and Tsubomura H, J. Phys. Chem 87(1983)2402 )。之后，Tomoaki Houzouji等小组 用改进的溶液法得到了相对较高强度的Ti02的电致发光(参考文献Tomoaki Houzouji, Nobuhiro Saito, Akihiko Kudo, and Tadayoshi Sakata， Chemical Physics Letters 254(1996)109)。但是溶液法所制备的器件存在着与其他器件难以兼容以 及封装困难等一系列的问题，所以溶液法逐渐被固态法所替代。R.K6nenkamp、 Young Kwan Kim和L. Qian等小组用固态法制备了 1102的电致发光器件(参考 文南犬R K6nenkamp, Robert C Word and M Godinez, Nanotechnology 17(2006) 1858， Young Kwan Kim, Kwaung Youn Lee， Oh Kwan Kwon, Dong Myoung Shin, Byoung Chung Sohn， and Jin Ho Choi， Synthetic Metals 111-112(2000)207， L Qian, T Zhang, S Wageh, Z-S Jin， Z-L Du, Y-S Wang and X-R Xu， Nanotechnology 17(2006)100)。但是无论用溶液法还是固态法，抑或二氧化钛呈现何种晶型，Ti02 的电致发光峰位均在600nm左右，这是由Ti02中的氧空位所引起的，是属于Ti02 材料的缺陷发光。但是目前还没有实现硅衬底上的硅基二氧化钛的电致发光。
发明内容
本发明的目的是提出一种硅基二氧化钛电致发光器件及其制备方法。 本发明的硅基二氧化钛电致发光器件，其特征是在硅衬底的正面自下而上 依次沉积有Ti02薄膜和透明ITO电极，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极。 发明的硅基二氧化钛电致发光器件的制备方法，包括以下步骤
1) 将电阻率为0.005-50欧姆，厘米的P型或N型硅衬底清洗后放入直流反 应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至5xl0—spa，以纯Ti金属为耙材， 以02和Ar作为溅射气氛，02和Ar的流量比为02 : Ar=l: 1 1 : 3，在0.7Pa 10Pa压强下，衬底温度为100。C 400。C，进行溅射沉积，得到7102薄膜；
2) 在Ti02薄膜上溅射透明ITO电极，在硅衬底背面沉积欧姆接触电极。
上述的欧姆接触电极可以是Al或Au。
本发明可以通过调节衬底温度和溅射气氛来改变Ti02薄膜的结晶状态，通
过调整溅射时间来改变Ti02薄膜的厚度。
本发明的优点在于器件的结构和实现方式简单，制得的硅基二氧化钛电致
发光器件的电致发光峰位在370nm和600nm左右，并且该器件的制备方法所用 的设备与现行成熟的硅器件平面工艺兼容，易实现大规模、低成本制造的优点。
图1是硅基二氧化钛电致发光器件示意图2是硅基二氧化钛电致发光器件在不同偏置下获得的电致发光谱。
具体实施例方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图l，发明的硅基二氧化钛电致发光器件，在硅衬底l的正面自下而上 依次沉积有Ti02薄膜2和透明ITO电极3，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极4。 实施例1
采取如下工艺步骤1)清洗P型〈100，电阻率为0.005欧姆 厘米、大小 为15xl5mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反 应室中，反应室真空度抽至5xlO'3Pa;在硅片上利用反应直流溅射的方法沉积 厚度约为100nm的TiO2薄膜，在溅射时，采用纯度为99.9°/。的Ti金属靶、衬底 温度100°C、溅射功率70 W、通以02和Ar混合气体，02和Ar的流量比为1 : 3，工作压强为0.7Pa; 2)在Ti02薄膜上溅射50nm厚的ITO电极，在硅背面沉 积100nm厚的Al作为欧姆接触电极，两者的面积均为10xl0mm2。
实施例2采取如下工艺步骤1)清洗N型<100>,电阻率为0.5欧姆，厘米、 大小为15xl5mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置 的反应室中，反应室真空度抽至5xl0—3Pa;在硅片上利用反应直流溅射的方法 沉积厚度约为200nm的TiO2薄膜，在溅射时，采用纯度为99.9%的Ti金属靶、 衬底温度300°C、溅射功率100 W、通以02和Ar混合气体，02和Ar的流量比 为l: 2，工作压强为5Pa; 2)在TiO2薄膜上溅射50nm厚的ITO电极，在硅背 面沉积100nm厚的Au作为欧姆接触电极，两者的面积均为10xl0mm2。
实施例3
采取如下工艺步骤1)清洗P型<100>，电阻率为50欧姆.厘米、大小为 15xl5mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应 室中，反应室真空度抽至5xl(^Pa;在硅片上利用反应直流溅射的方法沉积厚
度约为150nm的Ti02薄膜，在溅射时，采用纯度为99.9%的Ti金属靶、衬底温 度400。C、溅射功率120W、通以02和Ar混合气体，02和Ar的流量比为1: 1, 工作压强为10Pa; 2)在Ti02薄膜上溅射50nm厚的ITO电极，在硅背面沉积 100nm厚的Al作为欧姆接触电极，两者的面积均为10xl0mm2。
图2给出了通过上述方法获得的器件在室温下测得的不同驱动电压下的电 致发光(EL)谱，此时Ti02薄膜接负，Si衬底接正。从图中可以看出，随着电 压的增大，电致发光的强度也随着增大，这是典型的电致发光的特征。此外， 两个发光峰的位置在370nm和600nm左右，分别为Ti02的激子发光和缺陷发光。
权利要求
1.一种硅基二氧化钛电致发光器件，其特征是在硅衬底(1)的正面自下而上依次沉积有TiO2薄膜(2)和透明ITO电极(3)，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极(4)。
2. 根据权利要求1所述的硅基二氧化钛电致发光器件的制备方法，其特征是包括以下步骤1) 将电阻率为0.005-50欧姆*厘米的P型或N型硅衬底清洗后放入直流反 应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至5xl0—spa，以纯Ti金属为靶材， 以02和Ar作为溅射气氛，02和Ar的流量比为02 : Ar=l: 1 1 : 3，在0.7Pa 10Pa压强下，衬底温度为100。C 400。C，进行溅射沉积，得到Ti(V薄膜；2) 在Ti02薄膜上溅射透明ITO电极，在硅衬底背面沉积欧姆接触电极。
全文摘要
本发明公开的硅基二氧化钛电致发光器件，在硅衬底的正面自下而上依次沉积有TiO<sub>2</sub>薄膜和透明ITO电极，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极。其制备步骤如下先将P型或N型硅片清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室抽真空，以纯钛金属为靶材，以O<sub>2</sub>和Ar作为溅射气氛，进行溅射沉积，得到TiO<sub>2</sub>薄膜；然后在TiO<sub>2</sub>薄膜上溅射ITO电极，在硅衬底背面沉积欧姆接触电极。本发明的器件结构和实现方式简单，制得的硅基二氧化钛电致发光器件的电致发光峰位在370nm和600nm左右，并且该器件的制备方法所用的设备与现行成熟的硅器件平面工艺兼容，易实现大规模、低成本制造的优点。
文档编号H01L33/00GK101097980SQ20071007005
公开日2008年1月2日 申请日期2007年7月17日 优先权日2007年7月17日
发明者杨德仁, 章圆圆, 阙端麟, 陈培良, 马向阳 申请人:浙江大学