SnO2(Cu)单晶薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种SnO2(Cu)单晶薄膜及其制备方法和应用，涉及半导体技术领域。本发明专利技术提供的SnO2(Cu)单晶薄膜的制备方法包括：制备SnO2(Cu)陶瓷靶材；提供一衬底，利用SnO2(Cu)陶瓷靶材在所述衬底表面制备SnO2(Cu)薄膜层；在氧气的气氛下，对SnO2(Cu)薄膜退火，最后对退火后的SnO2(Cu)薄膜进行O2等离子体处理。将本发明专利技术的SnO2(Cu)单晶薄膜作为半导体层制备肖特基二极管，可实现金属电极和二氧化锡单晶薄膜的肖特基接触，所设计的环形电极可通过调节两种金属电极的间距调节漏电流的大小，从而调节二极管的反向耐压值。本发明专利技术制备的SnO2(Cu)肖特基二极管具有高的肖特基势垒高度、良好整流特性和高的反向击穿电压。好整流特性和高的反向击穿电压。好整流特性和高的反向击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
SnO2(Cu)单晶薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种SnO2(Cu)单晶薄膜及其制备方法和应用，特别是将SnO2(Cu)单晶薄膜作为半导体层在肖特基二极管中的应用。

技术介绍

[0002]SnO2作为一种典型的直接带隙宽禁带半导体材料，具有3.6eV的禁带宽度、对可见光具有很高的透过性和地球储量丰富等特点，相比于其他一些宽禁带半导体材料来说SnO2具有更稳定的物理化学性质，更高的机械强度以及更大的电子迁移率等诸多优势，在半导体功率器件领域具有巨大的应用潜力。长期以来，具有高功函数的金属与SnO2接触的类型趋向于欧姆接触，即使金属与SnO2形成了肖特基接触，其仍存在肖特基势垒较低、理想因子大、整流比低等问题。此外制备肖特基二极管所用的SnO2薄膜为多晶或非晶，肖特基势垒分布不均会引起反向漏电流较大，不利于SnO2肖特基二极管反向击穿电压的提高。由于金属与SnO2的肖特基接触质量较差，导致目前提高SnO2肖特基二极管的性能具有很大的局限性，难以在半导体功率器件领域得到深入研究和应用。
[0003]针对目前SnO2肖特基二极管的肖特基势垒高度低、整流比低、反向击穿电压低等缺陷，有必要对现有的SnO2肖特基二极管进行改进。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种SnO2(Cu)单晶薄膜及其制备方法和在肖特基二极管中的应用，以解决现有技术中存在缺少SnO2单晶薄膜、SnO2肖特基二极管肖特基势垒高度低、整流比低、反向击穿电压低等缺陷。/>[0005]一方面，本专利技术提供了一种SnO2(Cu)单晶薄膜的制备方法，包括：
[0006]制备SnO2(Cu)陶瓷靶材；
[0007]提供一衬底，利用SnO2(Cu)陶瓷靶材在所述衬底表面制备SnO2(Cu)薄膜层；
[0008]在氧气的气氛下，对SnO2(Cu)薄膜进行退火，最后对退火后的SnO2(Cu)薄膜进行O2等离子体处理，得到SnO2(Cu)单晶薄膜。
[0009]可选的，所述SnO2(Cu)陶瓷靶材的制备方法包括：
[0010]将SnO2粉末和CuO粉末混合后球磨，干燥，得到混合粉末；
[0011]将混合粉末压制成SnO2(Cu)陶瓷胚片；
[0012]在氧气氛围下，在真空管式炉中，于温度为700～1300℃下对SnO2(Cu)陶瓷胚片进行烧结即得SnO2(Cu)靶材。
[0013]可选的，所述SnO2粉末和CuO粉末的摩尔比为99:1～90:10。在本专利技术的一个实施例中，所述SnO2粉末和CuO粉末的摩尔比为99:1。
[0014]可选的，将混合粉末于压力为3～5MPa下压成陶瓷胚片，所述陶瓷胚片的厚度为2～4mm，直径为2～4cm。
[0015]具体地，所述的衬底包括蓝宝石衬底、石英玻璃衬底、硅衬底、GaN衬底、Nb掺杂的
(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧表面的中心。
[0035]可选地，所述第二金属电极层的形状可选范围包括与第一金属电极层形状相对应的环形，环心与第一金属电极层中心位置相同，内径大于第一金属电极层直径；在本专利技术的一个实施例中，所述第二金属电极层形状为圆环，圆心与第一金属电极层圆心位置相同，内径大于第一金属电极层内径。
[0036]第五方面，本专利技术还提供了上述所述SnO2(Cu)肖特基二极管的制备方法，包括：
[0037]在所述SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧的表面制备第一金属电极层；
[0038]在所述SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧未被第一金属电极层覆盖的部分制备第二金属电极层；其中：
[0039]所述SnO2(Cu)单晶薄膜是采用本专利技术上述所述SnO2(Cu)单晶薄膜的制备方法制备得到。
[0040]可选地，在所述SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧的表面制备第一金属电极层的过程具体包括：利用匀胶机在所述SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧的表面制备均匀的光刻胶薄膜，并利用存在圆形图案的掩膜版和光刻技术使掩膜版上的图形被复制到光刻胶薄膜上，在SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧的表面和光刻胶薄膜远离衬底一侧的表面制备第一金属电极层，通过用丙酮溶液溶解光刻胶薄膜，得到在SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧表面的第一金属电极层。
[0041]可选地，在SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧未被第一金属电极层覆盖的表面部分制备第二金属电极层的过程具体包括：利用匀胶机在所述SnO2(Cu)单晶薄膜层和第一金属电极层远离衬底一侧的表面制备均匀的光刻胶薄膜，并利用存在圆环形图案的掩膜版和光刻技术使掩膜版上的图形被复制到光刻胶薄膜上，在SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧的表面和光刻胶薄膜远离衬底一侧的表面制备第二金属电极层，通过用丙酮溶液溶解光刻胶薄膜，得到在SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧未被第一金属电极层覆盖的表面部分的第二金属电极层。
[0042]可选地，所述在SnO2(Cu)单晶薄膜层远离衬底一侧的表面制备第一金属电极层和第二金属电极层的方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、真空蒸镀等，本专利技术选用真空蒸镀的方法制备第一金属电极层和第二金属电极层。
[0043]本专利技术的一种SnO2(Cu)单晶薄膜及其制备方法和应用相对于现有技术具有以下有益效果：
[0044](1)本专利技术的SnO2(Cu)肖特基二极管，SnO2(Cu)单晶薄膜层作为半导体层，其中Cu的受主掺杂部分抵消了n型SnO2中的背景电子，后续O2等离子体处理降低了SnO2中的氧空位浓度，两者都有效降低了SnO2的背景载流子浓度，达到实现良好肖特基接触的目的；第一金属电极层因具有高于SnO2的功函数而和SnO2(Cu)单晶薄膜层之间形成肖特基接触，第二金属电极层因具有低于SnO2的功函数而和SnO2(Cu)单晶薄膜层之间形成欧姆接触，SnO2(Cu)肖特基二极管具有更低的反向漏电流和更高的反向击穿电压。
[0045](2)本专利技术的SnO2(Cu)肖特基二极管，采用光刻技术精准控制第一金属电极层和第二金属电极层的尺寸与间距，环形的第二金属电极层有利于在施加反向偏压时分散金属电极边缘的电场强度，提高了SnO2(Cu)肖特基二极管的反向击穿电压。同时第二金属电极层的内环与第一金属电极层的圆周之间为耐压区，从而实现了通过调整耐压区宽度来增加
SnO2(Cu)肖特基二极管的反向击穿电压的方法。
[0046](3)本专利技术的SnO2(Cu)肖特基二极管，采用常规的脉冲激光沉积技术生长，设备和操作工艺简单，易于控制SnO2(Cu)薄膜层的生长质量，金属电极与SnO2(Cu)单晶薄膜层具有高质量的接触。
[0047](4)本专利技术实现了金属和二氧化锡单晶薄膜的肖特基接触，所设计的环形电极可通过调节两种金属电极的间距调节漏电流的大小，从而调节二极管的反向耐压值。本专利技术制备的SnO2(Cu)肖特基二极管具有高的肖特基势垒高度、良好整流特性和高的反向击穿电压。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SnO2(Cu)单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述方法包括：制备SnO2(Cu)陶瓷靶材；提供一衬底，利用SnO2(Cu)陶瓷靶材在所述衬底表面制备SnO2(Cu)薄膜层；在氧气的气氛下，对SnO2(Cu)薄膜进行退火，最后对退火后的SnO2(Cu)薄膜进行O2等离子体处理，得到SnO2(Cu)单晶薄膜。2.根据权利要求1所述的SnO2(Cu)单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述SnO2(Cu)陶瓷靶材的制备方法包括：将SnO2粉末和CuO粉末混合后球磨，干燥，得到混合粉末；其中：所述SnO2粉末和CuO粉末的摩尔比为99:1～90:10；将混合粉末压制成SnO2(Cu)陶瓷胚片；在氧气氛围下，在真空管式炉中，于温度为700～1300℃下对SnO2(Cu)陶瓷胚片进行烧结即得SnO2(Cu)靶材。3.根据权利要求1所述的SnO2(Cu)单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述对SnO2(Cu)薄膜退火是在真空管式炉中将SnO2(Cu)薄膜放在氧气的气氛下，于温度为600℃下对SnO2(Cu)薄膜退火10～120min。4.权利要求1～3任一项所述的SnO2(Cu)单晶薄膜的制备方法制备得到的SnO2(Cu)单晶薄膜。5.权利要求1～3任一项所述方法制备得到的SnO2(Cu)单晶薄膜在肖特基二极管中的应用。6.一种SnO2(Cu)肖特基二极管，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：何云斌，黎明锴，刘凤新，卢寅梅，陈剑，尹向阳，郭启利，李永昌，刘伟，邓云，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：