[发明专利]一种p型透明导电氧化物及其掺杂非晶薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体薄膜技术领域，尤其涉及一种具有p型导电特性、高电导率、高载流子浓度、高迁移率的非晶透明氧化物及其掺杂非晶薄膜的制备技术。

背景技术

非晶氧化物半导体（Amorphous Oxide Semiconductor,AOS）薄膜是一类应用比较独特的半导体材料，主要应用于柔性微电子器件制备和生产。这类器件要求薄膜材料易弯折、重量轻、抗震性好以及价格便宜。柔性微电子器件是未来信息产业发展重要领域，是诸如超大高分辨电子显示器、个人可穿戴电脑系统和纸质显示器等最顶尖信息系统的关键部件。非晶氧化物半导体材料中最典型的是非晶In-Ga-Zn-O体系（α-InGaZnO），其具有良好的室温n型导电性能，被认为是可以广泛应用在透明器件、柔性器件、特殊平板显示及太阳能电等诸多领域。

在柔性透明器件的制备中，薄膜晶体管（TFTs）是基础和关键器件，要求半导体薄膜材料具有高的迁移率，易于低温制备，成本低廉。另外在透明“智能”器件中制备透明薄膜PN结是关键技术，需要导电性能可良好匹配的n型和p型透明薄膜材料。现在研究发现室温p型透明导电的非晶氧化物薄膜难以制备，室温导电性能难以与n型半导体材料相当。研发p型透明导电的非晶氧化物薄膜材料在研究和应用透明微电子器件中有非常重要的意义和价值。氧化亚铜（Cu₂O）及其掺杂体系被认为是应用潜力巨大的p型透明导电半导体材料。氧化亚铜具有特殊的反萤石晶体结构，其晶体结构中存在Cu-O-Cu的高度对称空间网状化学键结构，在室温下稳定存在一定量的Cu空位（Cu vacancies）在其结构中，导致室温即表现出p型导电特性。制备出氧化亚铜及其掺杂体系的p型非晶透明导电薄膜研究在非晶氧化物半导体薄膜研究中有重要意义和价值。

磁控溅射技术是一种典型的物理气相沉积方法，已经广泛的应用于科研和工业生产之中，用于制备包括金属、合金、半导体、氟化物、氧化物、硫化物、硒化物和III-V主族、II-VI主族元素的化合物薄膜等。其中反应磁控溅射，由于其制备过程简单，工艺参数可控性强，特别适合各种结构的氮化物、氧化物及硫化物等化合物薄膜的制备。在反应磁控溅射中，可以通过控制工艺来调整薄膜的晶体结构，控制缺陷、晶体取向及应力分布等。反应磁控溅射技术制备成本低廉，适合大规模工业化生产。

发明内容

本发明为了解决现有p型透明导电氧化物及其掺杂氧化物非晶薄膜制备困难，并且室温导电性差，空穴载流子浓度低问题，提供了一种制备高导电性p型透明导电氧化物非晶薄膜的方法。采用反应磁控溅射方法，控制工艺参数，可制备出空穴载流子浓度和迁移率相对比于结晶氧化物薄膜同时提高的非晶薄膜。Ag掺杂氧化亚铜（Cu₂O）非晶透明薄膜其室温p型导电性能最佳，电阻率为0.04Ω·cm，空穴载流子浓度为1.85×10²¹cm^-3，迁移率为0.767cm²/V·s，透光率在40～60%。

本发明提供的反应磁控溅射制备p型透明导电氧化物及其掺杂氧化物非晶薄膜方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：准备基片，将基片先使用丙酮超声清洗10min以上，吹干，再用乙醇溶液（分析醇）超声清洗10min以上，吹干。所述的丙酮超声清洗和乙醇溶液超声清洗各洗一遍以上。

所述的基片为7095玻璃基片、石英基片、NaCl单晶基片或Si基片，基片的厚度为0.5～2mm。

步骤二：将基片固定在磁控溅射仪的样品台上，然后将样品台放入磁控溅射仪的真空室。

步骤三：将金属靶（纯度大于等于99.99%）放入真空室，固定在靶位上；如果需要掺杂金属，或者在金属靶表面贴上所需掺杂金属片，如Cu靶上粘贴Ag片（纯度大于等于99.99%）；或者采用合金靶。所述的金属靶选择的金属可以是Cu、Ag、Pt等，所述的掺杂金属可以是Ag、Al、In等。