一種NiO:Al/ZnO異質pn結二極管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種N1:Al/ZnO異質pn結二極管。屬于功能材料和光電子器件領域。
【背景技術】
[0002]強關聯(lián)材料N1中含有的d(f)電子的內部自由度如自旋、電荷、軌道之間的相互作用，使得N1表現(xiàn)出許多奇異的性質，同時也使得材料的物性隨著內部參數(shù)如溫度、壓強、摻雜的變化而發(fā)生顯著改變。截止到目前，N1因其良好的催化性能、熱敏性能而被應用于催化劑、電池電極、電化學電容器等領域的研宄，對其光電特性的研宄少見報道。半導體異質結易于實現(xiàn)光生電荷分離被廣泛應用于薄膜電池等光電子器件的研制和開發(fā)。N1除了上述性質外，還是P型直接寬帶隙半透明半導體材料，與間接帶隙半導體材料相比，量子效率相對較高。室溫下禁帶寬度為3.0-4.0eV, 3d電子結構的d_d軌道躍迀，使其在可見光區(qū)域存在較弱吸收。我們通過N1基異質結形式研宄新型光電子器件。P.Puspharajha等人采用噴霧熱解法通過對N1摻入Li+使N1薄膜在可見光波段透光率達到90%，薄膜電阻下降到 I Ω.cm (見文獻 P PUSPHARAJAH, S RADHAKRISHNA, A K AROF.Transparentconducting lithium-doped nickel oxide thin films by spray pyrolysis technique.Journal of Materials Science, 1997，32(11): 3001-3006) 0 但從長遠考慮，Al 金屬更為常見，價格更為便宜。我們將Al元素引入N1，制備N1: Al基pn結二極管。于此同時，我們選用價格低廉的η型ZnO作為pn結的另一端，從而實現(xiàn)N1: Al/ΖηΟ異質pn結二極管。眾所周知，ZnO集多種功能于一身，而且在很多領域已被廣泛應用。這種選擇對于新型器件的開發(fā)有著重要意義，而目前對于Ni0:Al/Zn0異質結還未見報道。

【發(fā)明內容】

[0003]為提高傳統(tǒng)的平面pn結二極管的性能，本發(fā)明提供了一種Ni0:Al/Zn0異質pn結二極管，制備的Ni0:Al/Zn0異質pn結二極管具有較高的反向擊穿電壓和大的正向電流密度。相對于傳統(tǒng)的平面pn結二極管，該新型二極管的整流特性得到了提高。本發(fā)明的技術方案:Ni0:Al/Zn0異質pn結二極管，至少包括pn結和歐姆接觸電極，所述pn結是由p型N1: Al和η型ZnO形成異質pn結。
[0004]上述Ni0:Al/Zn0異質pn結二極管的制備方法:用磁控派射工藝在Si襯底上制備Ni0:Al薄膜以及ZnO薄膜形成異質pn結；最后采用派射或熱蒸發(fā)法在pn結上制作電極；其中，Ni0:Al和ZnO表面濺射或蒸發(fā)銀，鎳或鋁或金電極。本發(fā)明采用直徑為50mm的N1:Al2O3陶瓷靶，磁控濺射制備的N1 = Al薄膜。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x10 _4Pa，在此采用的相對氧分壓O2/ (02+Ar)=0% -100%。濺射氣壓為0.5_2Pa，濺射功率100-200W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度為RT-600°C或者后期退火溫度從200°C至700°C時間為0.5至I個小時。
[0005]本發(fā)明采用直徑為50mm的ZnO陶瓷靶，磁控濺射制備的ZnO薄膜。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3xlO_4Pa，在此采用的相對氧分壓02/(02+Ar) =0% -100%。濺射氣壓為0.5-2Pa，濺射功率50-150W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度為RT_600°C或者后期退火溫度從200°C至700°C時間為0.5至I個小時。
[0006]本發(fā)明利用P型N1:Al薄膜與η型ZnO薄膜形成了異質pn結二極管。通過對N1iAl薄膜以及ZnO薄膜制備等條件的控制、pn結結構的優(yōu)化等，提高了異質pn結性能，充分發(fā)揮半導體N1:Al在異質pn結應用方面的獨到優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明Ni0:Al/Zn0異質pn結結構圖
圖2為本發(fā)明反映異質結整流特性的1-V曲線(實施例一)
圖3為本發(fā)明反映異質結整流特性的1-V曲線(實施例二)
圖4為本發(fā)明反映異質結整流特性的1-V曲線(實施例三)
【具體實施方式】
本發(fā)明N1: Al/ΖηΟ異質pn結二極管，至少包括pn結和歐姆接觸電極，所述pn結是在η型Si襯底上沉積Ni0:Al/Zn0形成異質pn結，見圖1。其具體制備步驟如下:(I)采用半導體工藝中的清洗方法清洗硅片并用氮氣吹干；(2)p-Ni0:Al的制備:濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3xlO_4Pa，采用的相對氧分壓O2/ (02+Ar)=0 % -100 %，濺射氣壓為0.5_2Pa，濺射功率100-200W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為20_120min，襯底溫度為RT-600°C以及溫度為200°C至700°C退火0.5至I個小時。
[0008](3)n-Zn0的制備:濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3xlO_4Pa，采用的相對氧分壓O2/(02+Ar)=0% -100%,濺射氣壓為0.5-2Pa，濺射功率50-150W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度為RT_600°C以及溫度為200°C至700°C退火0.5至I個小時。
[0009](4)電極的制備:采用熱蒸發(fā)方法在N1 = Al和ZnO表面邊緣制作Al電極。
[0010](5)測試用Keithley 2612A檢測電極的歐姆接觸特性和異質pn結二極管的1-V特性(整流特性)。
[0011]實施例一
(I)采用半導體工藝中的清洗方法清洗硅片并用氮氣吹干；(2) P-N1 = Al的制備:采用直徑為50mm的N1 = Al2O3陶瓷靶。磁控濺射制備的N1 = Al薄膜。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3X10_4Pa，采用的純氬氣濺射。濺射氣壓為2Pa，濺射功率150W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為300°C。
[0012](3) n-ZnO的制備:采用直徑為50mm的ZnO陶瓷靶。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3xlO_4Pa，采用的相對氧分壓O2/ (02+Ar)=0 %，濺射氣壓為0.5 Pa，濺射功率75W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為RT。N1 = Al/ZnO異質pn結的結構圖見圖1，可見主要是N1和ZnO衍射峰以及Al電極和襯底衍射峰，沒有其他衍射雜峰出現(xiàn)。
[0013](4)電極的制備:采用熱蒸發(fā)方法在N1 = Al和ZnO表面邊緣制作Al電極。
[0014](5)測試用Keithley 2612A檢測電極的歐姆接觸特性和異質pn結二極管的1-V特性(整流特性)，見圖2。
[0015]實施例二
(I)采用半導體工藝中的清洗方法清洗硅片并用氮氣吹干；(2) P-N1 = Al的制備:采用直徑為50mm的N1 = Al陶瓷靶。磁控濺射制備的N1 = Al薄膜。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3X10_4Pa，采用02/(02+Ar)比例為30%氣氛下濺射。濺射氣壓為2Pa，濺射功率150W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為300°C。n-ZnO的制備:采用直徑為50mm的ZnO陶瓷靶。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3xlO_4Pa，采用的相對氧分壓O2/ (02+Ar) =0 %，濺射氣壓為0.5 Pa，濺射功率75W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為RT。
[0016](3)電極的制備:采用熱蒸發(fā)方法在N1 = Al和ZnO表面邊緣制作Al電極。
[0017](4)測試用Keithley 2612A檢測電極的歐姆接觸特性和異質pn結二極管的1-V特性(整流特性)，見圖3。
[0018]實施例三
(1)采用半導體工藝中的清洗方法清洗硅片并用氮氣吹干；
(2)p-Ni0:Al的制備:采用直徑為50mm的N1:Al陶瓷靶。磁控濺射制備的N1: Al薄膜。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3xlO_4Pa，采用02/(02+Ar)比例為80%氣氛下濺射。濺射氣壓為2Pa，濺射功率150W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為300°C。n-ZnO的制備:采用直徑為50mm的ZnO陶瓷靶。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3xlO_4Pa，采用的相對氧分壓02/(02+Ar) =0%，濺射氣壓為0.5 Pa，濺射功率75W。在鍍膜之前，預濺射5min以去除靶材表面的雜質。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為RT。
[0019](3)電極的制備:采用熱蒸發(fā)方法在N1 = Al和ZnO表面邊緣制作Al電極。
[0020](4)測試用Keithley 2612A檢測電極的歐姆接觸特性和異質pn結二極管的1-V特性(整流特性)，見圖4。
【主權項】
1.一種N1:Al/ZnO異質pn結二極管，至少包括pn結和歐姆接觸電極，其特征在于:所述pn結是由P型N1: Al薄膜和η型ZnO薄膜而得到的異質pn結。
2.權利要求1所述Ni0:Al/Zn0異質pn結二極管的制備方法，其特征在于:用磁控濺射工藝在Si襯底上制備N1: Al薄膜和ZnO薄膜形成異質pn結。
3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于:本發(fā)明采用N1:Al203陶瓷靶，磁控濺射工藝制備N1 = Al薄膜，在此采用氧分壓02/(02+Ar)=0% -100%。
4.濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x10_4Pa，濺射氣壓為0.5_2Pa，濺射功率為100-200ffo
5.鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度從RT變化至600°C。
6.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于:本發(fā)明采用ZnO陶瓷靶，磁控濺射工藝制備ZnO薄膜，在此采用氧分壓O2/ (O2+Ar) =0% -100%。
7.濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x10_4Pa，濺射氣壓為0.5_2Pa，濺射功率為50-150W。
8.鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度從RT變化至600°C。
9.權利要求1或2或3或6所述Ni0:Al/Zn0異質pn結二極管的制備方法，其特征在于:采用濺射法或熱蒸發(fā)法在pn結上制作電極；其中，N1iAl和ZnO表面沉積銀，鎳，鋁或金電極。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種NiO:Al/ZnO異質pn結二極管，至少包括pn結和歐姆接觸電極，所述pn結在Si襯底上生長p型NiO:Al薄膜以及n型ZnO薄膜得到異質pn結。本發(fā)明利用磁控濺射工藝在Si襯底上制備NiO:Al/ZnO異質pn結二極管，最后采用磁控濺射或熱蒸發(fā)法在pn結上制作電極。本發(fā)明中異質pn結二極管具有較高的反向擊穿電壓、較大的正向電流密度，而且其制備方法工藝簡單。
【IPC分類】H01L21-329, H01L29-267, H01L29-861
【公開號】CN104835853
【申請?zhí)枴緾N201510176097
【發(fā)明人】李彤, 陳佳楣, 王達夫
【申請人】天津職業(yè)技術師范大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月15日