一种低电阻率、高载流子浓度的p型氧化铜薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低电阻率、高载流子浓度的p型氧化铜薄膜的制备方法，该方法选择掺杂锂的氧化铜作为脉冲激光沉积的靶材，通过选择合适的锂掺杂浓度，即可得到低电阻率、高载流子浓度的p型氧化铜薄膜，其中金属锂的掺杂量为2wt％时，得到的p型氧化铜薄膜的电阻率为7.56Ω·cm、载流子浓度为7.39×1019cm‑3。本发明专利技术操作简单，适用于低电阻率、高载流子浓度的p型氧化铜薄膜的工业化制备。

【技术实现步骤摘要】
一种低电阻率、高载流子浓度的p型氧化铜薄膜的制备方法
本专利技术属于半导体薄膜材料制备
，具体涉及一种低电阻率、高载流子浓度的p型氧化铜薄膜的制备方法。
技术介绍
氧化铜是一种重要的半导体材料，其光学禁带宽度为1.2eV～1.9eV。与太阳光能谱接近，因而对太阳光有较好的吸收能力，其理论转化效率为31％，因而是一种较为理想的太阳能电池材料。并且大多数情况下天然的氧化铜显示为p型导电性，这是由于本征缺陷铜的空位的存在。在地球上拥有大量的铜资源，因而氧化铜具有价格低廉、制备成本较低的特点，使其成为一种具有广泛用途的材料。在太阳能电池、光催化剂、电极材料、阻变存储器、超导体、制氢、光致色变等方面有很强的应用。但是由于氧化铜薄膜材料的电阻率较高、载流子浓度较低，因而影响了氧化铜电子和光电子器件的性能。因此，寻求制备好的电学性能的p型氧化铜薄膜的方法非常重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种操作简单，电阻率低、载流子浓度高的p型氧化铜薄膜的制备方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是：将衬底和掺杂1wt％～4wt％锂的氧化铜靶放入激光脉冲沉积设备的沉积室内，将沉积室抽真空至1×10-3Pa以下，加热衬底至450～550℃，打开氧气通气阀，向沉积室通入氧气，调节沉积室的压强为8～12Pa，然后用KrF准分子脉冲激光轰击氧化铜靶，在衬底上沉积氧化铜薄膜，脉冲激光的频率为3～8Hz，沉积时间为1～2小时，沉积结束后，自然冷却至室温，得到p型氧化铜薄膜。本专利技术进一步优选将衬底和掺杂2wt％锂的氧化铜靶放入激光脉冲沉积设备的沉积室内，将沉积室抽真空至1×10-4Pa以下，加热衬底至500℃，打开氧气通气阀，向沉积室通入氧气，调节沉积室的压强为8Pa，然后用KrF准分子脉冲激光轰击氧化铜靶，在衬底上沉积氧化铜薄膜，脉冲激光的频率为5Hz，沉积时间为2小时，沉积结束后，自然冷却至室温，得到p型氧化铜薄膜上述的衬底与氧化铜靶的距离为4～8cm；所述的脉冲激光的能量模式为恒能模式，激光能量密度为150mJ/Plus；所述的衬底为单晶硅片、普通玻璃、石英玻璃、氧化铟锡导电玻璃、掺氟氧化锡导电玻璃中的任意一种。本专利技术采用脉冲激光沉积法，通过金属锂的掺杂，在衬底上形成p型氧化铜薄膜。本专利技术操作简单，得到的p型氧化铜薄膜电阻率低、载流子浓度高，其中金属锂的掺杂量为2wt％时，得到的p型氧化铜薄膜的电阻率为7.56Ω·cm、载流子浓度为7.39×1019cm-3。附图说明图1是实施例1～3及对比例1制备的p型氧化铜薄膜的X射线衍射图。图2是实施例1～3及对比例1制备的p型氧化铜薄膜的透射光谱图。图3是实施例1～3及对比例1制备的p型氧化铜薄膜的光学带隙图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例1将普通玻璃衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗5分钟，用氮气吹干。称取0.98g氧化铜粉末和0.02g金属锂粉末，放于直径为2cm的金属模具中用压片机在压强为10MPa下压靶，得到掺杂1wt％锂的氧化铜靶。将清洗干净的普通玻璃衬底和掺杂2wt％锂的氧化铜靶通过机械手传送至激光脉冲沉积设备的沉积室内，用机械泵和分子泵将沉积室抽真空至1×10-4Pa，调节玻璃衬底和氧化铜靶的距离为6cm，然后将玻璃衬底加热至500℃，接着打开氧气通气阀，向沉积室通入氧气，并打开质量流量计，控制氧气流量为18sccm，调节沉积室压强至8Pa。用波长为248nm的KrF准分子脉冲激光在能量密度为50mJ/Plus下进行光路调节，将光斑聚焦到掺杂1wt％锂的氧化铜靶上，然后用波长为248nm的KrF准分子脉冲激光在能量密度为150mJ/Plus下打靶，并同时旋转靶材和衬底，在玻璃衬底上沉积氧化铜薄膜，脉冲激光的频率为5Hz，能量模式为恒能模式，沉积时间为2小时，沉积结束后，自然冷却至室温，得到厚度为230nm的p型氧化铜薄膜。对比例1在实施例1中，用纯的氧化铜靶替换掺杂2wt％锂的氧化铜靶，其他步骤与实施例1相同，得到p型氧化铜薄膜。实施例2在实施例1中，用掺杂1wt％锂的氧化铜靶替换掺杂2wt％锂的氧化铜靶，其他步骤与实施例1相同，得到p型氧化铜薄膜。实施例3在实施例1中，用掺杂4wt％锂的氧化铜靶替换掺杂2wt％锂的氧化铜靶，其他步骤与实施例1相同，得到p型氧化铜薄膜。专利技术人采用X-射线衍射仪、紫外可见近红外光谱仪、霍尔效应测试仪对实施例1～3及对比例1制备的p型氧化铜薄膜进行表征，结果见图1～3及表1。表1实施例1～3及对比例1制备的p型氧化铜薄膜的电学性能由图1可见，实施例1～3及对比例1制备的p型氧化铜薄膜均出现了CuO(002)和(111)晶面的衍射峰，但相对于对比例1未掺杂锂制备的p型氧化铜薄膜，实施例1～3制备的p型氧化铜薄膜(111)晶面的衍射峰随着锂掺杂量的增加逐渐增强，说明掺杂锂能够促进CuO(111)晶面的定向生长，抑制(002)晶面的生长。由图2～3可见，实施例1～3及对比例1制备的p型氧化铜薄膜的光学带隙分别为1.46eV、1.42eV、1.52eV、1.50eV，说明掺杂锂对制备的p型氧化铜薄膜的光学带隙影响不大。由表1可见，与对比例1相比，实施例1～3中采用掺杂锂的氧化铜靶制备的p型氧化铜薄膜的电阻率明显降低、载流子浓度明显增大，其中掺杂2wt％锂的氧化铜靶制备的p型氧化铜薄膜的电学性能最好，其电阻率相对于对比例1降低了约66倍，载流子浓度相对于对比例1提高了约30000倍。上述试验结果说明，本专利技术方法可显著改善p型氧化铜薄膜的电学性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电阻率、高载流子浓度的p型氧化铜薄膜的制备方法，其特征在于：将衬底和掺杂1wt％～4wt％锂的氧化铜靶放入激光脉冲沉积设备的沉积室内，将沉积室抽真空至1×10‑3Pa以下，加热衬底至400～550℃，打开氧气通气阀，向沉积室通入氧气，调节沉积室的压强为8～12Pa，然后用KrF准分子脉冲激光轰击氧化铜靶，在衬底上沉积氧化铜薄膜，脉冲激光的频率为3～8Hz，沉积时间为1～2小时，沉积结束后，自然冷却至室温，得到p型氧化铜薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种低电阻率、高载流子浓度的p型氧化铜薄膜的制备方法，其特征在于：称取氧化铜粉末和金属锂粉末，放于直径为2cm的金属模具中用压片机在压强为10MPa下压靶，得到掺杂1wt%～4wt%锂的氧化铜靶；将衬底和掺杂1wt%～4wt%锂的氧化铜靶放入激光脉冲沉积设备的沉积室内，衬底与氧化铜靶的距离为4～8cm，将沉积室抽真空至1×10-3Pa以下，加热衬底至400～550℃，打开氧气通气阀，向沉积室通入氧气，调节沉积室的压强为8～12Pa，然后用KrF准分子脉冲激光轰击氧化铜靶，在衬底上沉积氧化铜薄膜，所述的脉冲激光的能量模式为恒能模式，激光能量密度为150mJ/Plus，脉冲激光的频率为3～8Hz，沉积时间为1～2小时，沉积结...

【专利技术属性】
技术研发人员：高斐，向玉春，胡西红，姜杰轩，李娟，武慧君，郑逍遥，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61