共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法技术

本发明专利技术属于氧化锌薄膜制作技术领域，具体提供了共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，通过离子束发生装置得到铒离子束和氮离子束，铒离子束和氮离子束经过质量分析器后进入加速装置，然后经过中性束偏移器，然后经过聚焦装置聚焦成混合离子束，最后经过偏转扫描装置后入射到氧化锌薄膜上，并通过飞秒激光退火装置对氧化锌薄膜进行瞬态退火。通过精确的工艺工序得到了掺杂铒和氮的p型氧化锌材料，并经过后处理得到p型氧化锌薄膜半导体材料，该材料性能可靠稳定，且具有高空穴密度的特点；该制作方法具有可重复性操作的特点，当制作平台建立后便可以不断生产共掺杂铒和氮的p型氧化锌薄膜半导体材料，利于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法
本专利技术属于氧化锌薄膜制作领域，具体为共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法。
技术介绍
氧化锌(ZnO)是性质优良的半导体材料，广泛应用于各种半导体电子器件的制造行业。然而，应用中存在一些尚未解决的关键问题，例如，具有较高空穴浓度的p型掺杂氧化锌仍然不太好获取，某种程度上是因为氧化锌本身捐助型的本征点自我补偿能力远强于接受型。这些问题阻碍了基于氧化锌的电子器件的进一步发展。因此，制备可靠稳定的p型氧化锌的关键是抑制接受体的自我补偿能力和提高接受体的溶解性。目前为止，人们已经提出了多种稳定制造p型掺杂氧化锌的方法。一些研究团队报道了利用在氧化锌基体中掺杂Ⅰ型或Ⅴ型元素(如锂，钠，银，氮，磷，砷等)来获取p型掺杂氧化锌的方法。一些研究团队报道了利用在氧化锌基体中掺杂Ⅰ型或Ⅴ型元素(如锂，钠，银，氮，磷，砷等)来获取p型掺杂氧化锌的方法。这些方法比较简单，由于氧化锌接受基体较强的自我补偿能力和较低的溶解度致使生产的p型氧化锌不够稳定。因此，有人提出了一个通过在氧化锌基体中掺杂氮和铝(或钙)元素以降低马德隆能和电离能，并且因此增强了含氮元素受体的稳定性。此外，还有一些理论和掺杂试验方法通过采用掺杂氮元素与其他许多不同的掺杂剂进行生产p型氧化锌，例如，氮元素与磷元素共掺杂，掺镁元素，掺银元素，掺锂元素，掺硼元素，掺铍元素，掺砷元素等等。其他的一些共掺杂方法，如锂-氟组合，铝-砷组合，银-硫组合，镁-氟组合，钙-氮组合，锂-硼组合，铝-氮组合，铝-钙组合等也被提了出来。掺杂(包括共掺杂)其他元素是提高氧化锌电学和光学性能的简单有效的手段。除了上述的第Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ族元素外，由稀土掺杂的氧化锌材料由于其独特的电子结构，在光电子器件的生产上也显示出了极大的发展潜力。人们对稀土掺杂氧化锌进行了广泛的研究，其中包括铕，铒，铥，镱，镧和钕。其中，铒是很有前景的掺杂剂，由于其独特的4f跃迁能力会产生强烈的1.54μm波长(4I13/2→4I15/2)的辐射(参考Llusca,M.etal.Up-conversioneffectofEr-andYb-dopedZnOthinfilms.ThinSolidFilms562,456-461(2014).)，铒在石英光纤材料中位于最小损耗区因此可以用于未来的光纤通信技术。铒天生具有抑制氧化锌基体内施主型基体的本征点缺陷和促进受体型基体的本征点缺陷形成的能力。然而，由于掺杂浓度低，受体基体溶解度差，仅掺入铒的氧化锌晶格不可能形成高空穴密度的p型氧化锌。因此，亟待解决在氧化锌基体内共掺杂铒与氮元素的可靠稳定高空穴密度的的p型掺杂氧化锌的制作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中高空穴浓度的p型掺杂氧化锌难以获取的问题。为此，本专利技术提供了共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，包括以下步骤：S1：通过离子束发生装置得到铒离子束和氮离子束，所述铒离子束和氮离子束经过质量分析器后进入加速装置；S2：加速后的铒离子束和氮离子束经过中性束偏移器，然后经过聚焦装置聚焦成混合离子束；S3：所述混合离子束经过偏转扫描装置后入射到氧化锌薄膜上，并通过飞秒激光退火装置对所述氧化锌薄膜进行瞬态退火。优选地，铒离子束和氮离子束的通道上设有抽真空装置。优选地，质量分析器包括铒离子质量分析器和氮离子质量分析器，所述铒离子束经过所述铒离子质量分析器后进入加速装置，所述氮离子束经过所述氮离子质量分析器后进入加速装置。优选地，铒离子质量分析器和氮离子质量分析器内均设有场强相互垂直的电场与磁场组成的组合场。优选地，加速装置内设有第一高压静电场和第二高压静电场，所述第一高压静电场将铒离子束加速到预设值，所述第二高压静电场将氮离子束加速到预设值。优选地，铒离子束与氮离子束的浓度比为1:3。优选地，飞秒激光退火装置发出的飞秒脉冲激光聚焦在氧化锌薄膜上进行瞬态退火的温度为450摄氏度～550摄氏度。优选地，飞秒激光退火装置包括飞秒光纤激光器、与所述飞秒激光器连接的长工作距离透镜，所述长工作距离透镜的聚焦点位于所述氧化锌薄膜表面。优选地，偏转扫描装置采用计算机控制扫描的方式，对扫描波形的线性区间进行自动修正。优选地，氧化锌薄膜位于工作室内，所述工作室与所述抽真空装置连接。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，通过精确的工艺工序得到了掺杂铒和氮的p型氧化锌材料，并经过后处理得到p型氧化锌薄膜半导体材料，该材料性能可靠稳定，且具有高空穴密度的特点；该制作方法具有可重复性操作的特点，当制作平台建立后便可以不断生产共掺杂铒和氮的p型氧化锌薄膜半导体材料，利于大规模生产。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法的流程图；图2是本专利技术共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法的结构示意图；图3是本专利技术共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法的质量分析器结构示意图；图4是本专利技术共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法的质量分析器原理图；图5是本专利技术共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法的飞秒激光退火原理图。附图标记说明：离子束发生装置100，质量分析器200，加速装置300，聚焦装置400，偏转扫描装置500，氧化锌薄膜600，抽真空装置700，中性束偏移器800，飞秒激光退火装置900，工作室1000，铒离子质量分析器201，氮离子质量分析器202，飞秒光纤激光器901，长工作距离透镜902。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。实施例一：如图1和图2所示，本专利技术提供共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，包括以下步骤：S1：通过离子束发生装置100得到铒离子束和氮离子束，所述铒离子束和氮离子束经过质量分析器200后进入加速装置300。如图1和图2所示，离子束发生装置100能产生两种离子束：铒离子束和氮离子束。通过控制离子束发生装置100的参数来实现铒离子束与氮离子束的浓度比，从离子束发生装置100出来的铒离子束与氮离子束进入质量分析器200提纯，质量分析器200由一套静电偏转器与一套磁偏转器组成，电场方向与磁场方向相互垂直，不同离子具有不同的电荷质量比，因而在质量分析器中偏转的角度不同，由此可以分离出所需的离子，且离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过离子束发生装置得到铒离子束和氮离子束，所述铒离子束和氮离子束经过质量分析器后进入加速装置；S2：加速后的铒离子束和氮离子束经过中性束偏移器，然后经过聚焦装置聚焦成混合离子束；S3：所述混合离子束经过偏转扫描装置后入射到氧化锌薄膜上，并通过飞秒激光退火装置对所述氧化锌薄膜进行瞬态退火。

【技术特征摘要】
1.共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过离子束发生装置得到铒离子束和氮离子束，所述铒离子束和氮离子束经过质量分析器后进入加速装置；S2：加速后的铒离子束和氮离子束经过中性束偏移器，然后经过聚焦装置聚焦成混合离子束；S3：所述混合离子束经过偏转扫描装置后入射到氧化锌薄膜上，并通过飞秒激光退火装置对所述氧化锌薄膜进行瞬态退火。2.根据权利要求1所述的共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，其特征在于：所述铒离子束和氮离子束的通道上设有抽真空装置。3.根据权利要求1所述的共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，其特征在于：所述质量分析器包括铒离子质量分析器和氮离子质量分析器，所述铒离子束经过所述铒离子质量分析器后进入加速装置，所述氮离子束经过所述氮离子质量分析器后进入加速装置。4.根据权利要求3所述的共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法，其特征在于：所述铒离子质量分析器和氮离子质量分析器内均设有场强相互垂直的电场与磁场组成的组合场。5.根据权利要求1所述的共掺杂铒和氮的p型氧化锌材料制作方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，曹强，王鹏洁，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42