一种氮化锌锡pn结及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化锌锡pn结及其制备方法，该pn结包括紧密接触的p型半导体和n型半导体，以及分别设于所述p型半导体和n型半导体上的第一电极和第二电极，其特征在于，所述的p型半导体的材料为Si，所述的n型半导体的材料为ZnSnN2。本发明专利技术的pn结有明显的整流效应，在太阳能电池领域具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化锌锡pn结及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种氮化锌锡pn结及其制备方法。
技术介绍
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。ZnSnN2作为一种新兴的本征n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ZnSnN2半导体，Paul等人(Synthesis,latticestructure,andbandgapofZnSnN2,PaulC.Quayle,KeliangHe,JieShan,MRSCommunications2013.19)采用等离子加强气-液-固相法首次制备出单相的ZnSnN2；Feldberg等人(Growth,disorder,andphysicalpropertiesofZnSnN2，N.Feldberg,J.D.Aldous,W.M.Linhart,APPLIEDPHYSICSLETTERS103,042109(2013)通过分子束外延法制备出质量更优的ZnSnN2薄膜；LiseLahourcad等人(StructuralandOptoelectronicCharacterizationofRFSputteredZnSnN2,LiseLahourcad,NaomiC.Coronel,KrisT.Delaney,Adv.Mater.2013,25,2562–2566)和FulingDeng等人(DeterminationofthebasicopticalparametersofZnSnN2，FulingDeng,HongtaoCao,LingyanLiang，OPTICSLETTERS2015,40,1282-1285)通过磁控溅射法制备出ZnSnN2。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ZnSnN2pn结势在必行。
技术实现思路
本专利技术提供了一种包含ZnSnN2的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。一种氮化锌锡pn结，包括紧密接触的p型半导体和n型半导体，以及分别设于所述p型半导体和n型半导体上的第一电极和第二电极，所述的p型半导体的材料为Si，所述的n型半导体的材料为ZnSnN2。作为优选，所述p型半导体与n型半导体之间为面接触，所述的n型半导体位于p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n型半导体布置。所述p型半导体为优选为圆盘状。作为优选，所述的n型半导体和设置于n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n型半导体的盘面直径；所述的第一电极为环绕于n型半导体的圆环。作为优选，所述n型半导体的厚度为60nm～300nm；所述的n型半导体的盘面直径为100μm～300μm。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。本专利技术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：(1)在Si半导体上沉积一层n型ZnSnN2半导体，得到Si-ZnSnN2复合体；(2)在步骤(1)得到的Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上沉积第一电极，在所述Si-ZnSnN2复合体中的ZnSnN2半导体上沉积第二电极，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。作为优选，步骤(1)的具体过程如下：(1.1)利用磁控溅射法在p型Si表面沉积一层n型ZnSnN2半导体，溅射功率为120W～240W；(1.2)在n型ZnSnN2半导体表面涂覆光刻胶，形成第一掩膜；(1.3)紫外光刻所述第一掩膜；(1.4)利用湿法腐蚀得到Si-ZnSnN2复合体；(1.5)去除Si-ZnSnN2复合体的光刻胶。作为优选，步骤(2)的具体过程如下：(2.1)在所述Si-ZnSnN2复合体表面涂覆光刻胶，形成第二掩膜；(2.2)紫外光刻所述第二掩膜，在所述Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上形成第一窗口，同时在所述Si-ZnSnN2复合体中的ZnSnN2半导体上形成第二窗口；(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；(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/n-ZnSnN2异质结。作为优选，对步骤(2)得到的p-Si/n-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℃；作为最优选，所述热处理的温度为300℃，所述的热处理的时间为180min。作为优选，所述沉积的n型ZnSnN2半导体的厚度为60nm～300nm，沉积过程中溅射功率为120W～240W；所述n型半导体横截面圆形的直径为100μm～300μm；所述沉积的第一电极和所述第二电极的厚度均为70nm。所述n型半导体横截面圆形的直径比其对应的第一电极内径小40μm,比其对应的第二电极直径大30μm，第一电极内外径恒相差100μm。作为优选，所述的n型ZnSnN2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。同现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术的pn结包括p型Si半导体和n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，提高pn结的性能。利用本专利技术的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。附图说明图1为本专利技术的pn结一实施例的侧视图；图2为图1所示pn结的俯视图；图3为实施例1中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图4为实施例2中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图5为实施例3中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图6为实施例4中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图7为实施例5中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图8为实施例6中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图9为实施例7中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图10为实施例8中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图11为实施例9中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；图12为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化锌锡pn结，包括紧密接触的p型半导体和n型半导体，以及分别设于所述p型半导体和n型半导体上的第一电极和第二电极，其特征在于，所述的p型半导体的材料为Si，所述的n型半导体的材料为ZnSnN2。

【技术特征摘要】
1.一种氮化锌锡pn结，包括紧密接触的p型半导体和n型半导体，以及分别设于所述p型半导体和n型半导体上的第一电极和第二电极，其特征在于，所述的p型半导体的材料为Si，所述的n型半导体的材料为ZnSnN2；所述n型半导体的厚度为60nm～300nm；所述的n型半导体的盘面直径为100μm；所述p型半导体与n型半导体之间为面接触，所述的n型半导体位于p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n型半导体布置；所述的n型半导体和设置于n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n型半导体的盘面直径；所述的第一电极为环绕于n型半导体的圆环。2.根据权利要求1所述的氮化锌锡pn结，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材质为Ni/Au合金或Ag。3.一种如权利要求1或2所述的氮化锌锡pn结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在Si半导体上沉积一层n型ZnSnN2半导体，得到Si-ZnSnN2复合体；步骤(1)的具体过程如下：(1.1)利用磁控溅射法在p型Si表面沉积一层n型ZnSnN2半导体，溅射功率为12...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁凌燕，秦瑞锋，曹鸿涛，张胜男，李秀霞，罗浩，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33