一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的方法技术

本发明专利技术提供了一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的处理方法，包括以下步骤：将掺镁氧化锌薄膜进行真空热处理；所述真空热处理在保护气体气氛下进行；所述真空热处理的气压为0.1～100Pa，温度为400～1000℃，时间为5～120min。本发明专利技术将掺镁氧化锌薄膜在低真空保护气氛下进行真空热处理，可以大幅度提高薄膜内的载流子浓度，使得薄膜的电阻率显著降低。同时具有较高的透光率。

【技术实现步骤摘要】
一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的方法
本专利技术属于半导体光电材料
，尤其涉及一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的方法。
技术介绍
近年来，宽禁带半导体材料因为它在高功率和高频率器件、紫外探测器、短波长发光二极管、激光器及其相关器件方面的潜在应用引起了人们的关注。其中，掺镁氧化锌(MgxZn1-xO)薄膜是一种有很大应用前景的宽禁带半导体。氧化锌(ZnO)室温下禁带宽度为3.37eV，在紫外区具有优异的光电特性，氧化镁(MgO)的禁带宽度是7.8eV，在紫外区有较大的光透过率。因而，在ZnO中掺入Mg组分后，形成的MgxZn1-xO化合物半导体薄膜可实现禁带宽度在3.3-7.8eV之间连续可调，这使得它成为蓝紫光发光器件和低阀值紫外激光器的理想候选材料。此外，MgxZn1-xO半导体薄膜还具有制备温度低，抗辐射性能好，原材料丰富，无污染，化学性质稳定，制备技术较简单等优势。MgxZn1-xO半导体薄膜在实际使用时，需要的电阻率各不相同，一般需要较低的电阻率以减少不必要的能量损耗。目前MgxZn1-xO半导体薄膜的制备方法多为磁控溅射法、物理气相沉积、化学气相沉积法等。在制备大面积薄膜时，其电阻率往往波动较大，同时需要精细地调控才能得到较小的电阻率，对制备所需要的设备要求较高，制备工艺严格，成本较高，不利于大规模生产。此外，不同Mg含量的MgxZn1-xO半导体薄膜电学性质差异较大，更换Mg含量配比还需重新探究制备工艺，研发投入较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的处理方法，该方法简单，且处理得到的薄膜的电阻率较低。本专利技术提供了一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的处理方法，包括以下步骤：将掺镁氧化锌薄膜进行真空热处理；所述真空热处理在保护气体气氛下进行；所述真空热处理的气压为0.1～100Pa，温度为400～1000℃，时间为5～120min。优选地，所述真空热处理具体包括：先抽真空，再通保护气体，随后以1～30℃/s的升温速率升温至400～1000℃。优选地，所述掺镁氧化锌薄膜为MgxZn1-xO半导体薄膜，其中0＜x≤0.6。优选地，所述x为0.1、0.2或0.5。优选地，所述掺镁氧化锌薄膜的厚度大于等于10nm。优选地，所述保护气体选自化学性质不活跃的气体。优选地，所述真空热处理后还包括：真空热护理后的薄膜在0.1～100Pa的保护气氛下冷却。本专利技术提供了一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的处理方法，包括以下步骤：将掺镁氧化锌薄膜进行真空热处理；所述真空热处理在保护气体气氛下进行；所述真空热处理的气压为0.1～100Pa，温度为400～1000℃，时间为5～120min。本专利技术将掺镁氧化锌薄膜在低真空保护气氛下进行真空热处理，可以大幅度提高薄膜内的载流子浓度，使得薄膜的电阻率显著降低。同时具有较高的透光率。实验结果表明：采用该方法对Mg0.2Zn0.8O半导体薄膜真空热处理后，载流子浓度由约109cm-3上升至约1018cm-3数量级，上升了109倍，而电阻率由约107Ω·cm下降至约1Ω·cm，下降了107倍；采用该方法对Mg0.1Zn0.9O半导体薄膜真空热处理后，载流子浓度由约109cm-3上升至约1018cm-3数量级，上升了109倍；电阻率由约105Ω·cm下降至约10Ω·cm，下降了104倍。附图说明图1为本专利技术采用的真空热处理装置示意图；图2为本专利技术实施例1～5和对比例1～2的Mg0.2Zn0.8O半导体薄膜的电阻率与载流子浓度随热处理温度的变化结果；图3为本专利技术实施例7～10和对比例3～4的Mg0.1Zn0.9O半导体薄膜的电阻率与载流子浓度随热处理温度的变化结果；图4为本专利技术实施例7提供的Mg0.1Zn0.9O半导体薄膜热处理前后的透射光谱对比图。具体实施方式本专利技术提供了一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的处理方法，包括以下步骤：将掺镁氧化锌薄膜进行真空热处理；所述真空热处理在保护气体气氛下进行；所述真空热处理的气压为0.1～100Pa，温度为400～1000℃，时间为5～120min。本专利技术将掺镁氧化锌薄膜在低真空保护气氛下进行真空热处理，可以大幅度提高薄膜内的载流子浓度，使得薄膜的电阻率显著降低。还具有较高的透光率。该处理方法简单高效，技术操作可行性高，重复性好，成本低廉，易于工业化，可以广泛应用于掺镁氧化锌薄膜的大面积制备和包含该薄膜的光电器件产品。在本专利技术中，所述掺镁氧化锌薄膜为MgxZn1-xO半导体薄膜，x为Mg元素的原子百分比，其中0＜x≤0.6；优选地，x为0.1、0.2或0.5。所述掺镁氧化锌薄膜的厚度优选大于等于10nm。在本专利技术具体实施例中，所述掺镁氧化锌薄膜的厚度为100nm、500nm或1μm。在本专利技术中，所述掺镁氧化锌薄膜可以使用磁控溅射、热蒸发、物理气相沉积、电子束蒸发、分子束外延、化学气相沉积、化学水浴、溶胶凝胶法等多种物理、化学沉积方式制备。在本专利技术中，所述保护气体为化学性质不活跃的气体，保护气体优选选自氮气、氩气或氙气。所述真空热处理的气压为0.1～100Pa。在具体实施例中，气压为1Pa、10Pa或0.5Pa。图1为本专利技术采用的真空热处理装置的示意图；本专利技术采用图1所示的真空热处理装置进行真空热处理。在本专利技术中，所述真空热处理优选具体包括：先抽真空，再通保护气体，随后以1～30℃/s的升温速率升温至400～1000℃。在本专利技术具体实施例中，所述升温速率具体为10℃/s、15℃/s或20℃/s。所述真空热处理的温度为400～1000℃；在具体实施例中，所述真空热处理的温度为500℃、700℃或900℃。所述真空热处理的时间为5～120min；在具体实施例中，所述真空热处理的时间为15min、5min或30min。在本专利技术中，所述真空热处理后优选还包括：真空热护理后的薄膜在0.1～100Pa的保护气氛下冷却。本专利技术在真空热处理时优选抽至高真空，再通保护气体至低真空，热处理后的薄膜继续维持在低真空的保护气氛下冷却至室温。为了进一步说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的处理方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本专利技术保护范围的限定。实施例1MgxZn1-xO半导体薄膜的准备。将洗净的玻璃衬底和Mg0.2Zn0.8O陶瓷靶放入磁控溅射真空室内，抽真空至2×10-3Pa，衬底温度为室温，通入Ar调节起辉，总压强控制在0.2～0.5Pa之间，调节靶材功率为60W，预溅射5分钟后打开遮挡样品的挡板，溅射生长15分钟，制备的Mg0.2Zn0.8O薄膜厚度约为100nm。将此薄膜记作未处理薄膜1。将上述样品置于真空热处理装置中，抽真空至5×10-3Pa，随后通入氮气，将真空热处理装置内部气压控制在1Pa，随后以10℃/s的升温速率加热样品至500℃，保温30分钟。然后将样品在装置内自然冷却，在降至室温前，装置中的氮气气压应维持在1Pa。本专利技术对未处理的薄膜1和实施例1处理的Mg0.2Zn0.8O薄膜进行载流子浓度和电阻率的测试，结果见图2，图2为本专利技术实施例1～5和对比例1～2的Mg0.2Zn0.8O半导体薄膜的电阻率与载流子浓度随热处理温度的变化结果；从图2可知，实施例1制备的未处理薄膜1的载流子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的处理方法，包括以下步骤：将掺镁氧化锌薄膜进行真空热处理；所述真空热处理在保护气体气氛下进行；所述真空热处理的气压为0.1～100Pa，温度为400～1000℃，时间为5～120min。

【技术特征摘要】
1.一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的处理方法，包括以下步骤：将掺镁氧化锌薄膜进行真空热处理；所述真空热处理在保护气体气氛下进行；所述真空热处理的气压为0.1～100Pa，温度为400～1000℃，时间为5～120min。2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述真空热处理具体包括：先抽真空，再通保护气体，随后以1～30℃/s的升温速率升温至400～1000℃。3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述掺镁氧化锌薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德亮，王东明，王光伟，蔡彦博，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34