一種NiO:Al/TiOx異質(zhì)pn結(jié)二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種N1:Al/T1x異質(zhì)pn結(jié)二極管。屬于功能材料和光電子器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]強關(guān)聯(lián)材料N1中含有的d(f)電子的內(nèi)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(zhì)，同時也使得材料的物性隨著內(nèi)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(yīng)用于催化劑、電池電極、電化學(xué)電容器等領(lǐng)域的研究，對其光電特性的研究少見報道。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)易于實現(xiàn)光生電荷分離被廣泛應(yīng)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(zhì)外，還是P型直接寬帶隙半透明半導(dǎo)體材料，與間接帶隙半導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(zhì)結(jié)形式研究新型光電子器件。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(dá)到90%，薄膜電阻下降到 1Ω.cm (見文獻 P PUSPHARAJAH, S RADHAKRISHNA, A K AR0F.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(yuǎn)考慮，A1 金屬更為常見，而且價格便宜。我們將A1元素引入N1，制備Ni0:Al基pn結(jié)二極管。于此同時，我們選用價格低廉的η型T1x作為pn結(jié)的另一端，從而實現(xiàn)N1: ΑΙ/T1x異質(zhì)pn結(jié)二極管。眾所周知，T1x集多種功能于一身，而且在很多領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)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/Ti0x異質(zhì)結(jié)還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為提高傳統(tǒng)的平面pn結(jié)二極管的性能，本發(fā)明提供了一種Ni0:Al/Ti0x異質(zhì)pn結(jié)二極管，制備的Ni0:Al/Ti0x異質(zhì)pn結(jié)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(jié)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(shù)方案:Ni0:Al/Ti0x異質(zhì)pn結(jié)二極管，至少包括pn結(jié)和歐姆接觸電極，所述pn結(jié)是由p型Ni0:Al和η型T1x形成異質(zhì)pn結(jié)。
[0004]上述Ni0:Al/Ti0x異質(zhì)pn結(jié)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T1x薄膜形成異質(zhì)pn結(jié)；最后采用派射或熱蒸發(fā)法在pn結(jié)上制作電極；其中，Ni0:Al和T1x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Ni0:Al203陶瓷靶，磁控濺射制備的Ni0: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02/(02+Ar)=0% -100%。濺射氣壓為0.5_2Pa，濺射功率100-200W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度為RT-600T或者后期退火溫度從200°C至700°C時間為0.5至1個小時。本發(fā)明采用直徑為50mm的Ti02陶瓷靶，磁控濺射制備的T1x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02/ (02+Ar) =0 % -100 %。濺射氣壓為0.5_2Pa，濺射功率50-200W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度為RT-600T或者后期退火溫度從200°C至700°C時間為0.5至1個小時。
[0005]本發(fā)明利用p型N1:Al薄膜與η型T1x薄膜形成了異質(zhì)pn結(jié)二極管。通過對N1:Al薄膜以及T1x薄膜制備等條件的控制、pn結(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等，提高了異質(zhì)pn結(jié)性能，充分發(fā)揮半導(dǎo)體N1:Al在異質(zhì)pn結(jié)應(yīng)用方面的獨到優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明Ni0:Al/Ti0x異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)圖
圖2為本發(fā)明反映異質(zhì)結(jié)整流特性的1-V曲線(實施例一)
圖3為本發(fā)明反映異質(zhì)結(jié)整流特性的1-V曲線(實施例二 )
圖4為本發(fā)明反映異質(zhì)結(jié)整流特性的1-V曲線(實施例三)。
【具體實施方式】
[0007]本發(fā)明Ni0:Al/Ti0x異質(zhì)pn結(jié)二極管，至少包括pn結(jié)和歐姆接觸電極，所述pn結(jié)是在η型Si襯底上沉積Ni0:Al/Ti0x形成異質(zhì)pn結(jié)，見圖1。其具體制備步驟如下:(1)采用半導(dǎo)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3x10 4Pa，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100-200W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。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1個小時。(3) η-T1x的制備:濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x10 4Pa，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50-200W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。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1個小時。(4)電極的制備:采用熱蒸發(fā)方法在N1:Al和T1x表面邊緣制作A1電極。(5)測試用Keithley 2612A檢測電極的歐姆接觸特性和異質(zhì)pn結(jié)二極管的1-V特性(整流特性)。
[0008]實施例一
(1)采用半導(dǎo)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Ni0:Al203陶瓷靶。磁控濺射制備的N1:A1薄膜。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x10 4Pa，采用的相對氧分壓02/ (02+Ar) =30 %。濺射氣壓為2Pa，濺射功率150W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為室溫(RT room temperature)。(3)n_Ti0x的制備:采用直徑為50mm的Ti02陶瓷革E。派射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x10 4Pa，采用的相對氧分壓02/(02+Ar)=0%，濺射氣壓為IPa，濺射功率100W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。鍍膜時間均為60min，襯底溫度為RT。(4)電極的制備:采用熱蒸發(fā)方法在Ni0:Al和T1x表面邊緣制作A1電極。(5)測試用Keithley 2612A檢測電極的歐姆接觸特性和異質(zhì)pn結(jié)二極管的I_V特性(整流特性)，見圖2。
[0009]實施例二
(1)采用半導(dǎo)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Ni0:Al203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，采用的相對氧分壓02/ (02+Ar) =30 %。濺射氣壓為2Pa，濺射功率150W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為200°C。(3)η-T1x的制備:采用直徑為50mm的1102陶瓷靶。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x10 4Pa，采用的相對氧分壓02/ (02+Ar) =0 %，濺射氣壓為IPa，濺射功率100W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。鍍膜時間均為60min，襯底溫度為RT。(4)電極的制備:采用熱蒸發(fā)方法在N1:Al和T1x表面邊緣制作A1電極。(5)測試用Keithley 2612A檢測電極的歐姆接觸特性和異質(zhì)pn結(jié)二極管的1-V特性(整流特性)，見圖3。
[0010]實施例三
(1)采用半導(dǎo)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Ni0:Al203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，采用的相對氧分壓02/ (02+Ar) =30 %。濺射氣壓為2Pa，濺射功率150W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。鍍膜時間均為40min，襯底溫度為300°C。(3)η-T1x的制備:采用直徑為50mm的1102陶瓷靶。濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x10 4Pa，采用的相對氧分壓02/ (02+Ar) =0 %，濺射氣壓為IPa，濺射功率100W。在鍍膜之前，預(yù)濺射5min以去除靶材表面的雜質(zhì)。鍍膜時間均為60min，襯底溫度為RT。(4)電極的制備:采用熱蒸發(fā)方法在N1:Al和T1x表面邊緣制作A1電極。(5)測試用Keithley 2612A檢測電極的歐姆接觸特性和異質(zhì)pn結(jié)二極管的1-V特性(整流特性)，見圖4。
【主權(quán)項】
1.一種N1:Al/T1x異質(zhì)pn結(jié)二極管，至少包括pn結(jié)和歐姆接觸電極，其特征在于:所述pn結(jié)是由p型N1:Al薄膜和η型T1x薄膜而得到的異質(zhì)pn結(jié)。2.權(quán)利要求1所述N1:Al/T1x異質(zhì)pn結(jié)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T1x薄膜形成異質(zhì)pn結(jié)。3.根據(jù)權(quán)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3x104Pa，濺射氣壓為0.5_2Pa，濺射功率為100-20015.鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度從RT變化至600°C，退火溫度從200 °ε變化至700oCo6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:本發(fā)明采用1102陶瓷靶，磁控濺射工藝制備T1x薄膜，在此采用氧分壓02/(02+Ar) =0% -100%。7.濺射前的腔體本底真空度優(yōu)于3x104Pa，濺射氣壓為0.5_2Pa，濺射功率為50-200W。8.鍍膜時間均為20-120min，襯底溫度從RT變化至600°C，退火溫度從200 °ε變化至700oCo9.權(quán)利要求1或2或3或6所述N1:Al/T1x異質(zhì)pn結(jié)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(jié)上制作電極；其中，N1:Al和T1x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/TiOx異質(zhì)pn結(jié)二極管，至少包括pn結(jié)和歐姆接觸電極，所述pn結(jié)在Si襯底上生長p型NiO:Al薄膜以及n型TiOx薄膜得到異質(zhì)pn結(jié)。本發(fā)明利用磁控濺射工藝在Si襯底上制備NiO:Al/TiOx異質(zhì)pn結(jié)二極管，最后采用磁控濺射或熱蒸發(fā)法在pn結(jié)上制作電極。本發(fā)明中異質(zhì)pn結(jié)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】H01L29/66, H01L29/24, H01L29/861
【公開號】CN105304725
【申請?zhí)枴緾N201510634210
【發(fā)明人】李彤, 王鐵鋼, 倪曉昌
【申請人】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月30日