[发明专利]一种超宽禁带p型SnO2有效

专利信息
申请号: 202010795687.8 申请日: 2020-08-10
公开(公告)号: CN111910158B 公开(公告)日: 2022-06-17
发明(设计)人: 何云斌;黎明锴;付旺;叶盼;肖兴林;魏浩然;尹魏玲;卢寅梅;常钢 申请(专利权)人: 湖北大学;武汉睿联智创光电有限公司
主分类号: C23C14/28 分类号: C23C14/28;C23C14/08;C23C14/02;C23C14/58;C23C14/34;C04B35/457;C04B35/622;C04B35/63
代理公司: 北京金智普华知识产权代理有限公司 11401 代理人: 杨采良
地址: 430062 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 超宽禁带 sno base sub
【说明书】:

发明属于光电子薄膜材料技术领域,具体涉及一种超宽禁带p型透明导电SnO2薄膜的制备方法。本征SnO2为n型导电,高质量的稳定p型SnO2薄膜至今缺乏。且SnO2的光学带隙仅为3.6eV,难以满足制作高速、高频、大功率电子器件的要求。本发明以SnO2、ZrO2和ZnO粉末为原料,在c面蓝宝石衬底上沉积获得了超宽禁带p型透明导电SnO2薄膜。其在可见光区透过率高达90%以上,光学带隙相较于纯SnO2明显拓宽至4.5eV,导电类型为p型,空穴载流子浓度达1015cm‑3。本方法原材料廉价易得,制备工艺简单,能源消耗低,具有良好的规模化工业生产前景。将在包括平板显示器、太阳能电池和光电探测器等相关器件的制造和改良上得到广泛应用。

技术领域

本发明属于光电子薄膜材料技术领域,具体涉及一种具有超宽禁带、高载流子浓度、高可见光透过率等优异光电性能的p型透明导电二氧化锡薄膜及其制备方法。

背景技术

目前,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝 (AlN)为代表的宽禁带半导体材料(禁带宽带大于3.0eV)被称为第三代半导体材料。和第一代,第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有宽的禁带宽带、优异的热稳定、高的击穿电场、高的可见光透过率以及低成本等优势,是制作晶体管、集成电路、光电子器件的重要原材料,被认为是促进高新技术快速发展和信息社会的基础。

二氧化锡(SnO2)是最重要的第三代半导体材料之一,具有较宽的禁带宽度(3.6–4.0eV),良好的导电性和可见光透过率,在平板显示器、太阳能电池和光电探测器等现代技术中有广泛的应用。但是SnO2由于存在氧空位和间隙 Sn4+等浅施主缺陷导致非故意掺杂SnO2均为n型导电,高质量的p型二氧化锡薄膜稀缺。且SnO2的光学带隙仅为3.6eV,难以满足制作高速、高频、大功率电子器件的要求。因此基于p-n结的有源功能尚未得到实际应用。如果制备出符合市场需求的超宽禁带p型透明导电薄膜,将在包括平板显示器、太阳能电池和光电探测器等相关器件的制造和改良上得到广泛应用。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题,本发明一种超宽禁带p型透明导电SnO2薄膜的制备方法这一解决方案,其中超宽禁带p型透明导电SnO2薄膜是通过ZnO与ZrO2共同掺杂的SnO2陶瓷靶材通过脉冲激光沉积(PLD)技术在c面蓝宝石衬底上沉积薄膜,并在氧气气氛下对薄膜进行后退火处理制备而成的。所述方法包括以下步骤:

(1)以c面蓝宝石作为ZnO与ZrO2掺杂的SnO2薄膜生长的衬底,对 c面蓝宝石衬底进行超声清洗和干燥处理,具体操作为依次用丙酮、无水乙醇、去离子水作为清洗液对c面蓝宝石衬底超声清洗处理10~15分钟,随后用氮气将其吹干;

(2)采用脉冲激光烧蚀沉积、磁控溅射或电子束蒸发方法在步骤(1) 预处理后的c面蓝宝石衬底表面生长ZnO与ZrO2掺杂的SnO2薄膜;

(3)在高纯氧气气氛下对步骤(2)制备的薄膜样品进行退火处理;

进一步地,上述技术方案,步骤(2)中ZnO与ZrO2掺杂的SnO2薄膜具体是采用脉冲激光烧蚀沉积方法制得,具体工艺如下:

利用ZnO与ZrO2掺杂的SnO2陶瓷片作为靶材,控制衬底温度为700℃,脉冲激光能量为210mJ/Pulse,氧压为2Pa,在步骤(1)预处理后的c面蓝宝石衬底表面沉积形成ZnO与ZrO2掺杂的SnO2薄膜。

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