一种氮化锌锡pn结及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种氮化锌锡Pn结及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界能源日益紧缺、化石能源的过度利用及由此带来的环境污染和温室气体 等问题的日益严重，可再生能源尤其是太阳能的有效利用一直是热点话题，而太阳能电池 可以直接将太阳能转化为电能。但是，现阶段的薄膜太阳能电池吸收层材料在技术上存在 难以克服的问题，例如光致衰减、价格昂贵、材料具有毒性和原材料稀缺。因此，太阳能电池 的最核心问题仍是基础材料，开发新型、廉价且性能稳定的光伏薄膜材料就显得尤为重要。
[0003] ZnSnN2作为一种新兴的本征η型氮化物半导体材料，在太阳能电池领域具备很大 的应用潜力。目前，针对于ZnSnN 2半导体，Paul等人（Synthesis, lattice structure, and band gap of ZnSnN2, Paul C. Quayle, Keliang He, Jie Shan, MRS Communications 2013. 19)采用等离子加强气-液-固相法首次制备出单相的ZnSnN25Feldberg等人 (Growth, disorder, and physical properties of ZnSnN2, N. Feldberg, J. D. Aldous, ff. ELinhart, APPLIED PHYSICS LETTERS 103,042109(2013)通过分子束外延法制备出 质量更优的 ZnSnN2薄膜；Lise Lahourcad 等人（Structural and Optoelectronic Characterization of RF Sputtered ZnSnN2, Lise Lahourcad, Naomi C.Coronel, Kris T. Delaney, Adv. Mater. 2013, 25, 2562 - 2566)和Fuling Deng等人（Determination of the basic optical parameters of ZnSnN2,Fuling Deng, Hongtao Cao, Lingyan Liang，OPTICS LETTERS2015, 40, 1282-1285)通过磁控溅射法制备出 ZnSnN2。
[0004] 目前，尚无关于ZnSnN2pn结的报道，而pn结是能够将ZnSnN2应用到太阳能电池领 域的基础，所以制备ZnSnN 2Pn结势在必行。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种包含ZnSnNj9 pn结及其制备方法，该pn结性能优良，具有较 高的整流比，同时制备方法简单，便于大规模制备。
[0006] -种氮化锌锡pn结，包括紧密接触的p型半导体和η型半导体，以及分别设于所 述ρ型半导体和η型半导体上的第一电极和第二电极，所述的ρ型半导体的材料为Si，所述 的η型半导体的材料为ZnSnN 2。
[0007] 作为优选，所述ρ型半导体与η型半导体之间为面接触，所述的η型半导体位于ρ 型半导体接触面的中部区域，所述的第一电极环绕于所述的η型半导体布置。所述ρ型半 导体为优选为圆盘状。
[0008] 作为优选，所述的η型半导体和设置于η型半导体表面的第二电极都为圆盘状，两 者以盘面相接触，并且所述第二电极的盘面直径小于η型半导体的盘面直径；
[0009] 所述的第一电极为环绕于η型半导体的圆环。
[0010] 作为优选，所述η型半导体的厚度为60nm~300nm ;
[0011] 所述的η型半导体的盘面直径为100 μ m~300 μ m。
[0012] 作为优选，所述第一电极和所述第二电极的材质为Ni/Au合金或Ag。
[0013] 本发明还提供了一种所述的氮化锌锡pn结的制备方法，包括以下步骤：
[0014] (1)在Si半导体上沉积一层η型ZnSnN2半导体，得到Si-ZnSnN 2复合体；
[0015] (2)在步骤⑴得到的Si-ZnSnN2复合体中的ρ型Si半导体上沉积第一电极，在 所述Si-ZnSnN 2复合体中的ZnSnN2半导体上沉积第二电极，得到口-5丨/]1-21151^2异质结。
[0016] 作为优选，步骤（1)的具体过程如下：
[0017] (I. 1)利用磁控溅射法在ρ型Si表面沉积一层η型ZnSnN2半导体，溅射功率为 120W ~240W ;
[0018] (1. 2)在η型ZnSnN^导体表面涂覆光刻胶，形成第一掩膜；
[0019] (1. 3)紫外光刻所述第一掩膜；
[0020] (1. 4)利用湿法腐蚀得到Si-ZnSnN^合体；
[0021] (1. 5)去除Si-ZnSnN2复合体的光亥丨搬。
[0022] 作为优选，步骤（2)的具体过程如下：
[0023] (2. 1)在所述合体表面涂覆光刻胶，形成第二掩膜；
[0024] (2. 2)紫外光刻所述第二掩膜，在所述Si-ZnSnN2复合体中的ρ型Si半导体上形 成第一窗口，同时在所述Si-ZnSnN 2复合体中的ZnSnN 2半导体上形成第二窗口；
[0025] (2. 3)利用电子束蒸发法在所述第一窗口上沉积第一电极，同时在所述第二窗口 上沉积第二电极；
[0026] (2. 4)去除所述沉积电极后的Si-ZnSnN2复合体表面剩余的光刻胶，得到p-Si/ ]1-2113111'1 2异质结。
[0027] 作为优选，对步骤（2)得到的P-SiAi-ZnSnN2异质结进行进一步的热处理。该实施 方式增加了 ZnSnN2的密度，减少了其内部应力，同时增强了电极与半导体层的粘附性，有利 于pn结性能的提高。作为进一步的优选，所述热处理的温度为200~350°C ;作为最优选， 所述热处理的温度为300°C，所述的热处理的时间为180min。
[0028] 作为优选，所述沉积的η型2]15111'12半导体的厚度为60nm~300nm，沉积过程中派 射功率为120W~240W ;
[0029] 所述η型半导体横截面圆形的直径为100 μ m~300 μ m ;
[0030] 所述沉积的第一电极和所述第二电极的厚度均为70nm。
[0031] 所述η型半导体横截面圆形的直径比其对应的第一电极内径小40 μπι，比其对应 的第二电极直径大30 μ m，第一电极内外径恒相差100 μ m。
[0032] 作为优选，所述的η型2]13111'12半导体的厚度为120nm，所述沉积的第一电极和所述 第二电极的厚度均为70nm，且所述的第一电极和所述第二电极的材料为Ni/Au合金，此时， 得到的pn结的整流比高达600以上。
[0033] 同现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0034] 本发明的pn结包括ρ型Si半导体和η型ZnSnN2半导体，具有明显的整流效应， 在太阳能电池领域具有潜在的应用价值；同时圆形和环形的电极能够明显降低边缘放电效 应，提尚pn结的性能。
[0035] 利用本发明的pn结的制备方法，可得到p-Si/n-ZnSnN2异质结，其制备过程简单， 成本低廉；且可采用紫外光进行掩膜的图形化，提高了精度，利于实现器件的小型化；同 时，可采用磁控溅射法进行薄膜的沉积，可有效降低成本，更有利于实现产业化生产。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明的pn结一实施例的侧视图；
[0037] 图2为图1所示pn结的俯视图；
[0038] 图3为实施例1中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0039] 图4为实施例2中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0040] 图5为实施例3中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0041] 图6为实施例4中得到的p-Si/n-ZnSnNj^质结的电流电压特性曲线；
[0042] 图7为实施例5中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0043] 图8为实施例6中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0044] 图9为实施例7中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0045] 图10为实施例8中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0046] 图11为实施例9中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0047] 图12为实施例10中得到的p-Si/n-ZnSnN#质结的电流电压特性曲线；
[0048] 图13为实施例11中得到的p-Si/n-ZnSnNj^质结的电流电压特性曲线。
【具体实施方式】
[0049] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0050] 参见图1和图2,本发明提供了一种pn结，包括p型Si半导体层110和位于该p 型Si半导体层110中部区域的η型21^11队半导体层120 ;其中，p型Si半导体层110上设 置有第一电极112, η型21^11队半导体层120上设置有第二电极122。需要说明的是，本发 明中所述的P型Si半导体层110的中部区域不局限于ρ型Si半导体层110的中心，泛指 除边缘以外的区域。
[0051] 较佳地，作为一种可实施方式，η型2]13111'12半导体层120的横截面为圆形。该结构 设计简单，容易实现。在其他实施例中，η型21^11队半导体层120的横截面也可为其他形 状，如正四边形或其他多边形等。
[0052] 优选地，第一电极112的横截面为圆环形，圆环形的第一电极112将η型2]15111'12半 导体层120围设在其内圆环中；进一步地，第二电极122的横截面为圆形，且第二电极122 的横截面积小于η型2]13111'1 2半导体层120的横截面积。与多边形电极相比，本实施例的电 极为圆形或圆环形，增加了电极边缘电荷的均匀性，避免了由于多边形尖端附近的电荷密 度集中而引起的边缘放电效应，提尚了 pn结的综合性能。
[0053] 较佳地，当第一电极112的横截面为圆环形、第二电极122和η型2]13111'12半导体层 120的横截面为圆形时，第一电极112、第二电极122和η型21^11队半导体层120的横截面 为同心圆。该方式得到的pn结性能优异，且结构设计合理，便于制备。
[0054] 在本发明的pn结的制备过程中，η型2]15111'12半导体层120的沉积厚度过小，则形 成的pn结性能不佳，无法满足实际中的应用；沉积