p型SnO薄膜及其p-n结二极管的制备方法技术

本发明专利技术提供一种p型SnO薄膜的制备方法，以SnO陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射在石英衬底上原位沉积形成p型SnO薄膜，其中，衬底温度为150-300℃，溅射功率为50-150W，工作气体为Ar气，气压为0.5-2.0Pa，气体流量为50-100sccm，相比现有先室温沉积再退火的技术，本制备方法简单易行，适合大规模生产，通过优化衬底温度、溅射功率、气压等工艺参数，大大减少了薄膜内部缺陷，提高了空穴迁移率，大幅提高了p型SnO薄膜的结晶质量和电导率，再以SnO2:Sb陶瓷靶为靶材，通过射频磁控溅射在该p型SnO薄膜上原位沉积形成n型SnO2:Sb薄膜以形成p-n结二极管，可有效提高p-n结二极管的稳定性和光电性能，由此制得的p-n结二极管具有阈值电压高、漏电流低、制备简单、成本低等特点，可用作透明电子器件的基本元件。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种p型SnO薄膜的制备方法，以SnO陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射在石英衬底上原位沉积形成p型SnO薄膜，其中，衬底温度为150-300℃，溅射功率为50-150W，工作气体为Ar气，气压为0.5-2.0Pa，气体流量为50-100sccm，相比现有先室温沉积再退火的技术，本制备方法简单易行，适合大规模生产，通过优化衬底温度、溅射功率、气压等工艺参数，大大减少了薄膜内部缺陷，提高了空穴迁移率，大幅提高了p型SnO薄膜的结晶质量和电导率，再以SnO2:Sb陶瓷靶为靶材，通过射频磁控溅射在该p型SnO薄膜上原位沉积形成n型SnO2:Sb薄膜以形成p-n结二极管，可有效提高p-n结二极管的稳定性和光电性能，由此制得的p-n结二极管具有阈值电压高、漏电流低、制备简单、成本低等特点，可用作透明电子器件的基本元件。【专利说明】P型SnO薄膜及其P-η结二极管的制备方法
本专利技术涉及一种P型SnO薄膜及其P-η结二极管的制备方法。
技术介绍
透明导电氧化物(TCO)上世纪初已经出现，并且作为透明导体早已得到广泛的应用。但是，作为宽禁带半导体的应用却严重受制于缺乏高性能的P型TC0，严重阻碍了透明发光器件、透明晶体管乃至透明集成电路的实现。所以，寻找和研究新的P型TCO材料，提高现有P型TCO材料的性能具有十分重要的意义。 缺少P型TCO材料的主要原因是金属氧化物的电子结构特性。由于氧的电负性很强，金属氧化物中氧原子的2p能级往往远低于金属原子的价带电子能级，故具有离子化合物的性质，这种离子键结合导致宽带隙，同时能抑制浅受主的形成。通过掺杂引入的空穴局域在氧离子附近，即使在外加电场作用下也很难在晶格中自由移动；换句话说，也就是空穴形成了深受主能级。因此，减弱空穴局域化的程度是设计P型TCO薄膜面临的最关键问题。 价带化学修饰(CMVB)的设计概念，为解决空穴局域化问题提供了一个良好的新思路。CMVB的基本思想是在金属-氧键间引入共价键来减弱空穴局域化程度。引入的阳离子的最外层电子能级要与02_的2p能级相当并且要具有满壳层电子构型(cTslP cTs2)。Sn2+具有cTs2电子构型，Sn2+与02_能级非常接近。所以SnO应该是非常好的P型TCO候选材料。 脉冲激光沉积、电子束蒸发、原子层沉积、射频磁控溅射等方法都被用于制备P型SnO薄膜，但是制备出的P型SnO薄膜的电导率都比较低。这些现有方法都是先在室温下制备P型SnO薄膜，然后再通过退火来提高薄膜质量和电导率。例如以SnO陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射在石英衬底上形成P型SnO薄膜的方法，其中，溅射功率为50W左右，工作气体为Ar气，气压为0.2Pa左右，在室温下的石英衬底上形成P型SnO薄膜之后，再通过退火来提高薄膜质量和电导率。该方法工艺复杂，得到的P型SnO薄膜的结晶质量和电导率仍无法满足电子产品例如p-n结二极管的性能需求，有待进一步提高。 目前，p-n结二极管主要使用传统的IV族(如S1、Ge) ,II1-V族(如GaN、GaAs)、I1-VI族(ZnS、CdTe, ZnO等)半导体材料。其中，基于宽禁带半导体GaN的发光二极管已经实现了商品化，而基于宽禁带氧化物半导体的二极管目前还存在一些问题，比如P型ZnO的稳定性很差，在较短时间内就退化为绝缘体甚至η型ZnO，因此ZnO基二极管的寿命很短，尚不实用；尽管在石英衬底上依次覆盖一层η型掺杂F的SnO2 (n_Sn02:F)薄膜和一层p型掺杂Ga的SnO2 (p-Sn02:Ga)薄膜的p-η结二极管已经有报道,但是p_Sn02:Ga薄膜的导电性仍然较差，而且由于掺杂引起的结构缺陷也较多，影响了该二极管的光电性能。 SnO不需要掺杂即是一种优异的P型透明半导体，可避免因掺杂引起的结构缺陷，将其用于制备P-n结二极管可提高p-n结二极管的稳定性和光电性能，因此，目前对于制备高结晶质量、高电导率的P型SnO薄膜具有强烈需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种P型SnO薄膜及其p-n结二极管的制备方法，工艺简单易行，适合大规模生产，有利于提高P型SnO薄膜的结晶质量和电导率，以及P-n结二极管的稳定性和光电性能。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下: 一种P型SnO薄膜的制备方法，以SnO陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射在石英衬底上原位沉积形成P型SnO薄膜，其中，衬底温度为150-300°c，溅射功率为50-150W，工作气体为Ar气，气压为0.5-2.0Pa，气体流量为50-100sccm。 所述制备方法不涉及对所述P型SnO薄膜进行退火的操作。 所述SnO陶瓷靶的纯度为99.99wt%。 一种p-n结二极管的制备方法，包括如下步骤: (I)以SnO陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射在石英衬底上原位沉积形成P型SnO薄膜，其中，衬底温度为150-300°C，溅射功率为50-150W，工作气体为Ar气，气压为 0.5-2.0Pa，气体流量为 50-100sccm ； (2)以SnO2: Sb陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射在所述P型SnO薄膜上原位沉积形成η型SnO2 = Sb薄膜，其中，衬底温度为150-300°C，溅射功率为50-150W，工作气体为Ar气，气压为0.5-2.0Pa，气体流量为50-100sccm ； (3)所述η型SnO2: Sb薄膜与位于其下方的P型SnO薄膜形成所述ρ_η结二极管。 所述制备方法不涉及对所述P型SnO薄膜和所述η型SnO2: Sb薄膜进行退火的操作。 所述SnO陶瓷靶的纯度为99.99wt%。 一种根据上述方法制备的p-n结二极管，包括石英衬底；形成在所述石英衬底上的P型SnO薄膜；以及形成在所述P型SnO薄膜上的η型SnO2: Sb薄膜。 所述P型SnO薄膜的厚度为200_300nm。 所述η型SnO2: Sb薄膜的厚度为200_300nm。 所述η型SnO2: Sb薄膜的面积小于所述P型SnO薄膜的面积。 本专利技术的P型SnO薄膜的制备方法，以SnO陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射方式在石英衬底上原位沉积形成P型SnO薄膜，相比现有先室温沉积再退火的技术，本制备方法简单易行，适合大规模生产，通过优化衬底温度、溅射功率、气压等工艺参数，大大减少了薄膜内部缺陷，提高了空穴迁移率，因而大幅提高了 P型SnO薄膜的结晶质量和电导率，再以SnO2: Sb陶瓷祀为祀材,通过射频磁控派射在该P型SnO薄膜上原位沉积形成η型SnO2: Sb薄膜以形成所述P-n结二极管，可有效提高p-n结二极管的稳定性和光电性能，由此制得的P-n结二极管具有阈值电压高、漏电流低、制备简单、成本低等特点，可用作透明电子器件的基本元件。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的p-n结二极管的结构示意图； 图2为本专利技术的p-n结二极管的电流-电压(1-V)特征曲线。 【具体实施方式】 下面结合附图详细说明本专利技术的特点。 本专利技术的p-n结二极管的制备方法，包括如下步骤: (I)以SnO陶瓷靶(纯度优选为99.99wt% )为靶材，采用射频磁控溅射在石英衬底上原位沉积形成P型SnO薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种p型SnO薄膜的制备方法，其特征在于，以SnO陶瓷靶为靶材，采用射频磁控溅射在石英衬底上原位沉积形成p型SnO薄膜，其中，衬底温度为150‑300℃，溅射功率为50‑150W，工作气体为Ar气，气压为0.5‑2.0Pa，气体流量为50‑100sccm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨铁莹，赵俊，李晓龙，高兴宇，薛超凡，吴衍青，邰仁忠，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31