一种氧化镓深紫外透明电极的制备及其功函数调控的方法技术

本发明专利技术提供一种氧化镓深紫外透明电极的制备及其功函数调控的方法，包括如下步骤：(1)将高纯SiO2和Ga2O3粉末或SiO2、Ga2O3和In2O3粉末充分研磨后倒入等静压成型模具，压制成片状靶材；(2)压制好的靶材置于高温马弗炉内，通过固相烧结制备硅掺杂氧化镓或硅掺杂铟镓氧化物的多晶靶材；(3)在氧气条件下，利用脉冲激光沉积法在氧化铝衬底上生长(Si

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓深紫外透明电极的制备及其功函数调控的方法


[0001]本专利技术属于半导体光电材料领域，具体涉及一种氧化镓深紫外透明电极的制备及其功函数调控的方法。

技术介绍

[0002]氧化镓(Ga2O3)是一种新型超宽带隙氧化物半导体材料，带隙～4.8eV，在深紫外透明电极领域具有天然优势，可广泛应用于发光二极管、太阳能电池和平板显示。合格的深紫外透明电极材料需要兼具高紫外光区透明度和高导电性的特点。传统透明导电氧化物(TCOs)材料，如Sn掺杂In2O3(ITO)、F掺杂SnO2(FTO)的带隙～3.2eV，虽然在可见光区可以保持良好的透明性，但低的禁带宽度会导致紫外光被吸收。而高导电性的Ga2O3薄膜可以通过Si、Ge、或Sn等IV族元素对Ga2O3进行n型掺杂来实现。目前，基于氧化镓单晶衬底生长的Si掺杂Ga2O3外延薄膜的最高电导率可达2500S/cm。然而，Ga2O3单晶衬底昂贵的价格限制了其在深紫外光电器件的进一步应用。因此，在满足深紫外透明电极性能的前提下，发展廉价、与现有工业技术及设备兼容度高的薄膜生长技术尤为重要。
[0003]另外，与传统TCO材料相比，Ga2O3具有较低的功函数，(ITO的功函数～4.4eV，Ga2O3的功函数～3.1eV)，更适合作为有机太阳能电池(OSCs)、有机发光二极管(OLEDs)等有机基光电子器件中的电子注入层。但低的功函数往往使Ga2O3薄膜不易形成低电阻的欧姆接触，极大限制了Ga2O3在高功率电力电子器件的发展。因此非常有必要开发一种能够有效增大Ga2O3的功函数，优化欧姆接触的性能的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种氧化镓深紫外透明电极的制备及其功函数调控的方法。通过向Ga2O3中掺杂Si或In等元素，增大Ga2O3的功函数，优化欧姆接触的性能。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之一为：
[0006]一种氧化镓深紫外透明电极的制备及其功函数调控的方法，其包括以下步骤：
[0007](1)将纯度为99.99％以上的高纯的SiO2和Ga2O3粉末或高纯的SiO2、Ga2O3和In2O3粉末按一定比例混合，充分研磨后倒入等静压成型模具，压力5～15MPa，压制成直径为一英寸的片状靶材；
[0008](2)将压制好的靶材置于高温马弗炉内，于空气中，在1250～1450℃的条件下煅烧12～36h，通过固相烧结法制备硅掺杂氧化镓或硅掺杂铟镓氧化物的多晶靶材；
[0009](3)在0.1～10Pa的背景氧分压下，利用脉冲激光沉积法在氧化铝衬底上生长硅掺杂氧化镓((Si
x
Ga1‑
x
)2O3)或硅掺杂铟镓氧化物((Si
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
)2O3)薄膜，其中0.0001≤x≤0.05，0.01≤y≤0.2。
[0010]可选的，所述步骤(1)中的SiO2和Ga2O3粉末中SiO2和Ga2O3质量比为0.0022～0.0226g：6.9990～6.9894g，SiO2、Ga2O3和In2O3粉末中SiO2、Ga2O3和In2O3质量比为0.0108～
0.0103g：6.0065～5.1049g：0.9885～1.8903g。
[0011]可选的，所述步骤(1)中的压制压力为6～12MPa。
[0012]可选的，所述步骤(2)中的煅烧升温速率为5～20℃/min，降温速率为3～5℃/min。
[0013]可选的，所述步骤(2)中的硅掺杂氧化镓多晶靶材的Si摩尔百分含量为0.01％～5％，硅掺杂铟镓氧化物的多晶靶材的Si摩尔百分含量为0.01％～5％，In摩尔百分含量为1％～30％。
[0014]可选的，所述步骤(2)中的硅掺杂氧化镓多晶靶材的Si摩尔百分含量为0.1％～1％，硅掺杂铟镓氧化物多晶靶材的Si摩尔百分含量为0.5％，In摩尔百分含量为10％～20％。
[0015]可选的，所述步骤(3)薄膜生长温度为500～700℃，薄膜厚度为0.1～1μm。
[0016]可选的，所述步骤(3)中的薄膜生长温度优选为650℃。
[0017]可选的，所述所述步骤(3)中的氧化铝衬底为单面抛光或者双面抛光的氧化铝单晶衬底，尺寸为5～10mm
×
5～10mm
×
0.4～0.6mm。
[0018]可选的，所述步骤(3)中的氧化铝衬底使用前需要依次在丙酮、异丙醇和去离子水中进行超声清洗1～5min，并用氮气吹干。
[0019]可选的，所述步骤(3)中的脉冲激光沉积法具体包括如下步骤：
[0020]a、将所述硅掺杂氧化镓和硅掺杂铟镓氧化物多晶靶材固定在靶托上，氧化铝衬底固定在基片加热台上，依次传送至脉冲激光沉积系统的真空腔内，用机械泵将真空腔内的气压抽至20Pa以下，再开启分子泵将腔体真空度抽至10
‑5Pa；
[0021]b、开启加热系统，升温速率为10～25℃/min，将基片加热台加热到500～700℃并维持温度恒定；
[0022]c、关闭插板阀，开启流量控制器往真空腔内通入氧气，并利用旁抽阀微调腔内气压，使腔内背景氧分压维持在0.5～5Pa，设置激光能量为180～400mJ，设置脉冲数为5000～40000，脉冲频率为2～20Hz；
[0023]d、用挡板挡住基片加热台，开启激光器，先预溅射靶材3
‑
10min以清除表面污染物，预溅射结束后旋开挡板，在所述氧化铝衬底上开始进行外延生长；
[0024]e、沉积结束后，保持背景氧分压维持在0.5～5Pa，以10～25℃/min的速率降温；
[0025]f、腔体温度降至180～200℃时，关闭流量控制器，依次打开旁抽阀、插板阀，使腔内恢复背底真空10
‑5Pa，将基片加热台取出，获得所述硅掺杂氧化镓(Si
x
Ga1‑
x
)2O3或硅掺杂铟镓氧化物(Si
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
)2O3薄膜。
[0026]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之二为：
[0027]一种氧化镓深紫外透明电极的制备及其功函数调控的方法制得的深紫外透明的硅掺杂氧化镓和硅掺杂铟镓氧化物薄膜。
[0028]可选的，所述(Si
x
Ga1‑
x
)2O3薄膜的x＝0.005，室温导电率为20S/cm，载流子浓度为5.2
×
10
19
cm
‑3，深紫外区280nm波长处透过率为90％，所述(Si
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
)2O3薄膜的x＝0.005，y＝0.2，功函数可达3.6eV。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓深紫外透明电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将高纯SiO2和Ga2O3粉末或SiO2、Ga2O3和In2O3粉末充分研磨后倒入等静压成型模具，压制成片状靶材；(2)将步骤(1)压制好的靶材置于高温马弗炉内，在空气中通过固相烧结制备硅掺杂氧化镓或硅掺杂铟镓氧化物的多晶靶材；(3)氧分压为0.1～10Pa，利用脉冲激光沉积在氧化铝衬底上生长(Si
x
Ga1‑
x
)2O3或(Si
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
)2O3薄膜，其中0.0001≤x≤0.05，0.01≤y≤0.2。2.根据权利要求1所述的一种氧化镓深紫外透明电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的SiO2和Ga2O3粉末中SiO2和Ga2O3质量比为0.0022～0.0226g：6.9990～6.9894g，SiO2、Ga2O3和In2O3粉末中SiO2、Ga2O3、In2O3质量比为0.0108～0.0103g：6.0065～5.1049g：0.9885～1.8903g。3.根据权利要求1所述的一种氧化镓深紫外透明电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的压制压力为5～15MPa。4.根据权利要求1所述的一种氧化镓深紫外透明电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的固相烧结温度为1250～1450℃，烧结时间为12～36h，升温速率为5～20℃/min，降温速率为3～5℃/min。5.根据权利要求1所述的一种氧化镓深紫外透明电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的硅掺杂氧化镓多晶靶材的Si摩尔百分含量为0.01％～5％，硅掺杂铟镓氧化物的多晶靶材的Si摩尔百分含量为0.01％～5％，In摩尔百分含量为1％～30％。6.根据权利要求1所述的一种氧化镓深紫外透明电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的硅掺杂氧化镓多晶靶材的Si摩尔百分含量为0.1％～1％，硅掺杂铟镓氧化物多晶靶材的Si摩尔百分含量为0.5％，In摩尔百分含量为10％～20％。7.根据权利要求1所述的一种氧化镓深紫外透明电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)薄膜生长温度为500～700℃，薄膜厚度为0.1～1μm。8.根据权利要求1所述的一种氧化镓深紫外透明电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的氧化铝衬底为单面抛光或者双面抛光的氧化铝单晶衬底，尺寸为5～10mm
×
5～10mm
×
0.4～0.6mm。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪良，杨珍妮，张佳业，徐翔宇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：