[发明专利]基于沉积电势控制氧化亚铜半导体导电类型的方法

说明书

本发明涉及一种基于沉积电势控制氧化亚铜半导体导电类型的方法。现有技术中还没有在一种电镀液体系中通过改变沉积电势制得不同导电类型的氧化亚铜半导体的方法。本发明配制铜盐溶液作为二价铜离子的来源，调节其pH值为酸性；将十二烷基硫酸钠加入铜盐溶液中得到电镀液，利用恒电势仪在该电镀液中改变沉积电势进行电沉积得到Cu₂O薄膜；不同沉积电势可制得不同导电类型的Cu₂O薄膜。本发明在其他制备工艺参数不变的情况下，通过控制沉积电势调控所得的氧化亚铜半导体的导电类型，易于制备p型导电或者n型导电的氧化亚铜，工艺操作简便，制造成本低廉。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种基于沉积电势控制氧化亚铜半导体导电类型的方法。

背景技术

电化学沉积是指在外加电场的作用下，在一定的电解质溶液（电镀液）中通过发生氧化还原反应，使溶液中的离子以特定的形式沉积到电极（阴极或阳极）表面而得到特定膜层的制备方法。

氧化亚铜（Cu₂O）是一种重要的无机金属氧化物，其被广泛地应用于半导体催化剂、太阳能转换和锂电池电极等领域。氧化亚铜半导体的禁带宽度约为2 eV（电子伏特），有原材料资源丰富、无毒绿色环保、制备方法简单易行、制造经济成本低廉等优点。氧化亚铜是一种典型的p型半导体材料，但是由于其晶体内部缺陷的不同，亦可人工制得p型导电（空穴导电）和n型导电（自由电子导电）两种。制备氧化亚铜有磁控溅射法、溶胶- 凝胶法、真空蒸发法、热氧化法、脉冲激光沉积和电化学沉积法等方法。p型导电的氧化亚铜的制备方法主要有热氧化法、脉冲激光沉积和电化学沉积法等，n型氧化亚铜则主要采用电化学沉积法制备。在以前的研究中，采用电化学沉积技术制备p型导电或者n型导电的氧化亚铜要分别采用不同的工艺参数。控制电镀液的酸碱性制备p型导电或者n型导电的氧化亚铜，通常p型导电的氧化亚铜半导体在碱性溶液（pH>7）中制备，而n型导电的氧化亚铜半导体在酸性溶液（pH<7）中制备。控制电镀液中铜离子的浓度制备n型导电或者p型导电的氧化亚铜，当铜离子的摩尔体积浓度小于0.005mol/L时得到p型导电的氧化亚铜，而铜离子的摩尔体积浓度大于0.008mol/L时得到n型导电的氧化亚铜。在本发明的主要发明人已获授权的发明专利《基于电镀液表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法》（专利号：ZL201410415569.4）中，介绍了固定pH值的酸性溶液中通过控制十二烷基硫酸钠浓度来调控氧化亚铜半导体的导电类型的方法。当铜盐溶液中十二烷基硫酸钠的摩尔浓度小于0.0012mol/L或者不含十二烷基硫酸钠时，制得的氧化亚铜薄膜表现为n型半导体；当铜盐溶液中十二烷基硫酸钠的摩尔浓度大于0.0015 mol/L时，氧化亚铜薄膜表现为p型半导体。目前，尚没有报道可以在一固定铜离子摩尔体积浓度和pH值的酸性溶液中，通过控制沉积电势来制得具有不同导电类型的氧化亚铜半导体的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于沉积电势控制氧化亚铜半导体导电类型的方法，可在一固定铜离子摩尔体积浓度和pH值的酸性溶液中控制氧化亚铜半导体的导电类型，易于制备p型导电或者n型导电的氧化亚铜。

本发明所采用的技术方案为：

基于沉积电势控制氧化亚铜半导体导电类型的方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：用蒸馏水配置摩尔体积浓度为0.02-0.10 mol/L的铜盐溶液，铜盐溶液作为二价铜离子的来源，将铜盐溶液的pH值调节至酸性，并在铜盐溶液中添加十二烷基硫酸钠，十二烷基硫酸钠在电镀液中的摩尔体积浓度为3 mmol/L；

步骤二：将所配好的铜盐溶液用磁力搅拌器充分搅拌，得到电镀液，利用恒电势仪对表面清洁的FTO或ITO导电玻璃在该电镀液中进行电沉积，得到Cu₂O薄膜；