一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，其中，在所述ZnRhMO中，Zn为+2价，Rh为+3价，二者与O结合共同形成材料的p型导电基体；M为Cu、Ni、Sn的一种，为亚氧化化学价态，即当M为Cu时，其为+1价；M为Ni时，为+2价；M为Sn时，为+2价；M掺入基体中，形成p型导电，且M与Zn和Rh共同作用形成空间网络结构，在非晶状态下彼此连通，起到空穴传输通道的作用。本发明专利技术还公开了一种制备p型ZnRhCuO非晶氧化物半导体薄膜的方法，以烧结的ZnRhCuO陶瓷片为靶材，采用脉冲激光沉积法制得p型ZnRhCuO非晶薄膜，其空穴浓度为10

P type ZnRhMO amorphous oxide semiconductor film and preparation method thereof

The invention discloses a p type ZnRhMO amorphous oxide semiconductor thin film, which, in the ZnRhMO, Zn +2 Rh +3 for the price, price, combination of the two and O to form P type conductive base material; M is Cu, Ni, Sn, sub oxide chemical valence that is, when the M is Cu, the price is +1; M Ni, +2 M; Sn, +2; M doped P conductive substrate, forming, and interaction of M and Zn and Rh to form a spatial network structure, communication with each other in the amorphous state, since the hole transport channel effect. The invention also discloses a preparation method of P type ZnRhCuO amorphous oxide semiconductor thin film, ZnRhCuO ceramic sintering were prepared by pulsed laser deposition P ZnRhCuO amorphous films, the hole concentration is 10

【技术实现步骤摘要】
一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种非晶氧化物半导体薄膜，尤其涉及一种p型非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管（TFT）是微电子特别是显示工程领域的核心技术之一。目前，TFT主要是基于非晶硅（a-Si）技术，但是a-SiTFT是不透光的，光敏性强，需要加掩膜层，显示屏的像素开口率低，限制了显示性能，而且a-Si迁移率较低（~2cm2/Vs），不能满足一些应用需求。基于多晶硅（p-Si）技术的TFT虽然迁移率高，但是器件均匀性较差，而且制作成本高，这限制了它的应用。此外，有机半导体薄膜晶体管（OTFT）也有较多的研究，但是OTFT的稳定性不高，迁移率也比较低（~1cm2/Vs），这对其实际应用是一个较大制约。为解决上述问题，人们近年来开始致力于非晶氧化物半导体（AOS）TFT的研究，其中最具代表性的是InGaZnO。与Si基TFT不同，AOSTFT具有如下优点：可见光透明，光敏退化性小，不用加掩膜层，提高了开口率，可解决开口率低对高分辨率、超精细显示屏的限制；易于室温沉积，适用于有机柔性基板；迁移率较高，可实现高的开/关电流比，较快的器件响应速度，应用于高驱动电流和高速器件；特性不均较小，电流的时间变化也较小，可抑制面板的显示不均现象，适于大面积化用途。由于金属氧化物特殊的电子结构，氧原子的2p能级一般都远低于金属原子的价带电子能级，不利于轨道杂化，因而O2p轨道所形成的价带顶很深，局域化作用很强，因而空穴被严重束缚，表现为深受主能级，故此，绝大多数的氧化物本征均为n型导电，具有p型导电特性的氧化物屈指可数。目前报道的p型导电氧化物半导体主要为SnO、NiO、Cu2O、CuAlO2等为数不多的几种，但这些氧化物均为晶态结构，不是非晶形态。目前人们正在研究的AOS如InGaZnO等均为n型半导体，具有p型导电的非晶态氧化物半导体几乎没有。因而，目前报道的AOSTFT均为n型沟道，缺少p型沟道的AOSTFT，这对AOSTFT在新一代显示、透明电子学等诸多领域的应用产生了很大的制约。因而，设计和寻找并制备出p型导电的非晶氧化物半导体薄膜是人们亟需解决的一个难题。
技术实现思路
本专利技术针对实际应用需求，拟提供一种p型非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法。本专利技术提供了一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，其中M为Cu、Ni、Sn，在ZnRhMO中为亚氧化化学价态。在p型ZnRhMO体系中：Zn为+2价，Rh为+3价，二者与O结合共同形成材料的p型导电基体；M为亚氧化化学价态，如Cu为+1价、Ni为+2价、Sn为+2价，M掺入基体中，形成p型导电，且M与Zn和Rh共同作用形成空间网络结构，在非晶状态下彼此连通，因而起到空穴传输通道的作用。本专利技术所述的一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，其特征在于：在ZnRhMO中，Zn为+2价，Rh为+3价，M为Cu、Ni、Sn中的一种，M为亚氧化化学价态；ZnRhMO薄膜为非晶态，具有p型导电特性。本专利技术所提供的p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，进一步，M为Cu，此时ZnRhMO即为ZnRhCuO，p型ZnRhCuO薄膜化学式为ZnxRh2CuyOx+3+0.5y，其中1≦x≦2，0.5≦y≦1。本专利技术还提供了制备上述p型ZnRhCuO非晶氧化物半导体薄膜的制备方法，具体步骤如下：（1）以高纯ZnO、Rh2O3和Cu2O粉末为原材料，混合，研磨，在1050~1100℃的N2气氛下烧结，制成ZnRhCuO陶瓷片为靶材，其中Zn、Rh、Cu三组分的原子比为(1~2):2:(0.5~1)；（2）采用脉冲激光沉积（PLD）方法，将衬底和靶材安装在PLD反应室中，抽真空至真空度低于1×10-3Pa；（3）通入O2为工作气体，气体压强10~13Pa，衬底温度为25~500℃，以脉冲激光轰击靶材，靶材表面原子和分子熔蒸后在衬底上沉积，形成一层薄膜，在不高于100Pa的O2气氛中自然冷却到室温，得到p型ZnRhCuO非晶薄膜。采用上述方法生长的p型ZnRhCuO非晶氧化物半导体薄膜，其性能指标为：ZnRhCuO非晶薄膜具有p型导电特性，空穴浓度1013~1015cm-3，可见光透过率≧87%。上述材料参数和工艺参数为专利技术人经多次实验确立的，需要严格控制，在专利技术人的实验中若超出上述参数的范围，则无法实现设计的p型ZnRhCuO材料，也无法获得具有p型导电且为非晶态的ZnRhCuO薄膜。在p型ZnRhMO体系中，Zn与Rh与O结合共同形成材料的p型导电基体，M为Cu、Ni、Sn中的一种，为亚氧化化学价态，M掺入基体中，形成p型导电，且M与Zn和Rh共同作用可形成空间网络结构，在非晶状态下也可彼此连通，因而起到空穴传输通道的作用。除M为Cu外，当M为上述所述的其它元素时，也具有同样的机理，具有类似的性质，除ZnRhCuO之外的其它的p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜同样能用上述类似的方法与步骤进行制备，所得的材料和器件具有类似的性能。本专利技术的有益效果在于：1）本专利技术所述的p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，其中Zn与Rh与O结合共同形成材料的p型导电基体，M在材料中也可形成p型导电，且起到空穴传输通道的作用，基于上述原理，ZnRhMO是一种良好的p型AOS材料。2）本专利技术所述的p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，具有良好的材料特性，其p型导电性能易于通过组分比例实现调控。3）本专利技术所述的p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，可以作为沟道层制备的p型AOSTFT，从而为p型AOSTFT的应用提供关键材料。4）本专利技术所述的p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，与已存在的n型InGaZnO非晶氧化物半导体薄膜组合，可形成一个完整的AOS的p-n体系，且p型ZnRhMO与n型InGaZnO均为透明半导体材料，因而可制作透明光电器件和透明逻辑电路，开拓AOS在透明电子产品中应用，促进透明电子学的发展。5）本专利技术所述的p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，可在室温下生长，与有机柔性衬底相兼容，因而可在可穿戴、智能化的柔性产品中获得广泛应用。6）本专利技术所述的p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，在生长过程中存在较宽的参数窗口，可实现大面积沉积，能耗低，制备工艺简单、成本低，可实现工业化生产。具体实施例以下结合具体实施例进一步说明本专利技术。实施例1（1）以高纯ZnO、Rh2O3和Cu2O粉末为原材料，混合，研磨，在1100℃的N2气氛下烧结，制成ZnRhCuO陶瓷片为靶材，其中Zn、Rh、Cu三组分的原子比为1:2:0.5；（2）采用脉冲激光沉积（PLD）方法，将衬底和靶材安装在PLD反应室中，抽真空至真空度9×10-4Pa；（3）通入O2为工作气体，气体压强10Pa，衬底温度为25℃，以脉冲激光轰击靶材，靶材表面原子和分子熔蒸后在衬底上沉积，形成一层薄膜，便得到p型ZnRh2Cu0.5O4.25非晶薄膜。以石英为衬底，按照上述生长步骤制得p型ZnRh2Cu0.5O4.25薄膜，对其进行结构、电学和光学性能测试，测试结果为：薄膜为非晶态，厚度43nm；具有p型导电特性，空穴浓度1013cm-3；可见光透过率87%。实施例2（1）以高纯ZnO、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，其特征在于：在所述ZnRhMO中，Zn为+2价，Rh为+3价，二者与O结合共同形成材料的p型导电基体； M为Cu、Ni、Sn的一种，在所述ZnRhMO中为亚氧化化学价态，即当M为Cu时，其为+1价；M为Ni时，为+2价；M为Sn时，为+2价；M掺入基体中，形成p型导电，且M与Zn和Rh共同作用形成空间网络结构，在非晶状态下彼此连通，起到空穴传输通道的作用。

【技术特征摘要】
1.一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，其特征在于：在所述ZnRhMO中，Zn为+2价，Rh为+3价，二者与O结合共同形成材料的p型导电基体；M为Cu、Ni、Sn的一种，在所述ZnRhMO中为亚氧化化学价态，即当M为Cu时，其为+1价；M为Ni时，为+2价；M为Sn时，为+2价；M掺入基体中，形成p型导电，且M与Zn和Rh共同作用形成空间网络结构，在非晶状态下彼此连通，起到空穴传输通道的作用。2.根据权利要求1所述的一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，其特征在于：M为Cu，即所述ZnRhMO为ZnRhCuO，且p型ZnRhCuO非晶氧化物半导体薄膜的化学式为ZnxRh2CuyOx+3+0.5y，其中1≦x≦2，0.5≦y≦1。3.根据权利要求2所述的一种p型ZnRhMO非晶氧化物半导体薄膜，其特征在于：所述p型ZnRhCuO非晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕建国，孟璐，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33