專利名稱：p型Zn0薄膜外排氮元素的溶膠－凝膠制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為p型ZnO薄膜外排氮元素的溶膠-凝膠制備方法，屬制造p型ZnO薄膜的方法。
二、技術(shù)背景在以氮為摻雜劑制備p型ZnO的方法中，目前主要分為單摻雜和共摻雜兩種。在單摻雜過程中，由于氮在ZnO中的溶解度較低，導(dǎo)致?lián)诫s效率偏低，Jianguo Lu[Materials Letters，573311(2003)]和Xin-Li Guo[J Cryst Growth，223(1-2)135(2001)]等人分別以NH3和N2O為氮源進(jìn)行摻雜，得到的結(jié)果分別為載流子濃度3.2×1017cm-3、3～6×1018cm-3，霍爾遷移率1.8cm2/vs、0.1～0.4 cm2/vs。為了提高載流子濃度，通常采用共摻雜方法來(lái)提高摻雜效率，M.Joseph[Jpn.J.Appl.Phys.38，L1205(1999)]和J.G.Lu[Appl Phys Lett.85，3134(2004)]等人以鈣和鋁與氮共摻雜，得到結(jié)果為載流子濃度5.5×1019cm-3、2.52×1017cm-3，霍爾遷移率0.07cm2/vs、0.43cm2/Vs。從兩種方法得出的結(jié)果來(lái)看，單摻雜的摻雜效率低，共摻雜的摻雜效率高，但是共摻雜引入的雜質(zhì)氮-鈣、氮-鋁作為載流子散射中心，大大降低了載流子遷移率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決高載流子濃度和高遷移率不可兼得的這一矛盾，采用溶膠-凝膠法制備出無(wú)雜質(zhì)高遷移率p型ZnO薄膜。該溶膠-凝膠法是1、溶膠-凝膠的配制以Zn(NO3)2·6H2O、乙二醇、檸檬酸為原料，將1molZn(NO3)2·6H2O溶于1升去離子水中，再加入等摩爾的乙二醇和檸檬酸，使其中Zn(NO3)2濃度為0.7mol/L。攪拌該混合物1～2小時(shí)，形成透明、勻質(zhì)的溶膠。
2、ZnO薄膜的制備將已配好的透明、勻質(zhì)的Zn(NO3)2溶膠用滴管滴于石英玻璃襯底上，在80～100℃大氣環(huán)境下晾干，再送入退火爐中熱處理。熱處理程序如下 此種外排氮元素的溶膠-凝膠法，所用原料廣泛，價(jià)格低廉，工藝簡(jiǎn)單，易于控制，這種方法制備的薄膜中由于不含其它雜質(zhì)，故載流子散射機(jī)構(gòu)少，遷移率高。并且，適當(dāng)控制熱處理溫度和時(shí)間，即可得到不同摻雜濃度(載流子濃度)的p型導(dǎo)電薄膜。
四

圖1是采用本發(fā)明方法制備的六角鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜X射線衍射圖(XRD圖)
五具體實(shí)施例方式本發(fā)明的p型ZnO薄膜外排氮元素的溶膠-凝膠制備方法不同于傳統(tǒng)的摻雜方法，傳統(tǒng)的摻雜方法是在ZnO薄膜生長(zhǎng)的過程中引入氮原子或其化合物分子進(jìn)入薄膜體系，為了得到高化學(xué)勢(shì)的活性氮原子或其化合物分子，一般采用等離子體增強(qiáng)、電子回旋共振等方法，雖然成功地制備出了p型ZnO薄膜，但設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜，不利于工業(yè)化的生產(chǎn)。而采用的溶膠-凝膠法，其摻雜原理恰好與傳統(tǒng)的“引入”相反，在溶膠-凝膠前驅(qū)物中即引入氮元素，在ZnO薄膜一邊生長(zhǎng)的過程中一邊排出多余的氮原子，適當(dāng)控制熱處理的溫度和時(shí)間，即可得到性能優(yōu)良的p型ZnO薄膜。此種方法的優(yōu)點(diǎn)在于原料價(jià)格低廉、工藝簡(jiǎn)單，非常適合規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)。
從圖1的XRD圖可知，所制備薄膜為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜，其中不含其它雜質(zhì)相，薄膜的生長(zhǎng)方向沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng)。在室溫下對(duì)薄膜樣品進(jìn)行霍爾效應(yīng)測(cè)量，導(dǎo)電類型為p型，得出其電學(xué)性能參數(shù)如下電阻率(Ωcm)遷移率(cm2/vs) 載流子濃度(cm-3)0.6884.9 1.07 E17相比于其它方法，此種外排氮元素的溶膠-凝膠法可同時(shí)獲得高的遷移率和載流子濃度。
權(quán)利要求
1.一種p型ZnO薄膜外排氮元素的溶膠-凝膠制備方法，其特征在于(1)溶膠-凝膠的配制是以Zn(NO3)2·6H2O、乙二醇、檸檬酸為原料，將1mol Zn(NO3)2·6H2O溶于1升去離子水中，再加入等摩爾的乙二醇和檸檬酸，使其中Zn(NO3)2濃度為0.7mol/L。攪拌該混合物1～2小時(shí)，形成透明、勻質(zhì)的溶膠；(2)ZnO薄膜的制備是將上述已配好的透明、勻質(zhì)的Zn(NO3)2溶膠用滴管滴于石英玻璃襯底上，在80～100℃大氣環(huán)境下晾干，再送入退火爐中熱處理，熱處理程序如下
全文摘要
一種p型ZnO薄膜外排氮元素的溶膠－凝膠制備方法屬制造p型ZnO薄膜的方法，該方法是(1)將1mol Zn(NO
文檔編號(hào)C01G9/02GK1686818SQ200510038569
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者顏曉紅, 宣凱 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)