專利名稱：一種p型半導(dǎo)體摻鎳氧化銅靶材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種p型氧化物半導(dǎo)體CUl.xNixO (x = 0.01 0.15)靶材及其制備方法。
技術(shù)背景透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜是一種氧化物半導(dǎo)體材料，以其獨(dú)特的透明性與導(dǎo)電性結(jié) 合于一體而廣泛應(yīng)用于平板顯示、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。隨著平板顯示和太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 透明導(dǎo)體薄膜的重要性越發(fā)被人們所認(rèn)識(shí)。TCO薄膜根據(jù)導(dǎo)電特性可分為n型和p型兩類。 n型TCO材料，如lri203:Sn (ITO)和Sn02:F (FTO)作為透明電極，其光電特性己達(dá)到 較好的水平。而與之相對(duì)應(yīng)的p型TCO材料的研究雖然也已開展并取得了一定的成果， 但是長(zhǎng)期以來(lái)并未達(dá)到實(shí)用的水平。1997年Kawazoe等報(bào)道了 CuA102具有p型導(dǎo)電性和在可見光區(qū)的透明性。后來(lái)，在 同構(gòu)的CuM02(M-Ga, Y, Sc,In)中也發(fā)現(xiàn)了類似CuA102的p型導(dǎo)電性質(zhì)。N、 P或As摻 雜的ZnO薄膜是近年來(lái)p型透明導(dǎo)體研究的另一個(gè)熱點(diǎn)，人們采用脈沖激光沉積(PLD)、 分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、磁控濺射等薄膜生長(zhǎng)方法制備出高質(zhì)量的ZnO薄膜， 但p型摻雜都會(huì)在材料內(nèi)部同時(shí)產(chǎn)生"空穴殺手"間隙Zn和氧空位，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而 實(shí)用化的p型導(dǎo)電類型。近年來(lái)，世界各國(guó)都在大力推動(dòng)太陽(yáng)能利用技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能光發(fā)電在各個(gè)國(guó)家正 受到前所未有的重視，但還存在能量轉(zhuǎn)換效率太低的問(wèn)題。如果太陽(yáng)光伏能源系統(tǒng)能夠使 用p型TC0材料，就能夠大幅度提高太陽(yáng)能電池的效率，進(jìn)而降低太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的成本。 因?yàn)閚型和p型TC0材料迭加起來(lái)作透明陰陽(yáng)極可以最大程度地使太陽(yáng)光能進(jìn)入裝置中。優(yōu)良光電性能的P型透明材料的研究，也有助于透明p-n結(jié)，透明晶體管和透明場(chǎng)效 應(yīng)晶體管等透明電子學(xué)器件的發(fā)展。優(yōu)良光電性能的P型透明導(dǎo)電氧化物薄膜的缺乏，源于缺乏良好特性的p型導(dǎo)電材料。 因此，研究和開發(fā)具有優(yōu)良光電性能的p型氧化物半導(dǎo)體靶材及其制備技術(shù)，不僅具有理 論意義，而且具有應(yīng)用價(jià)值。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種成份均勻、性能優(yōu)良的p型氧化物半導(dǎo)體耙材及其制備方法。本發(fā)明提出的p型氧化物半導(dǎo)體靶材，具體是一種摻鎳氧化銅CUl.xNixO (x = 0.01 0.15)塊體材料，采用燒結(jié)工藝制備獲得，靶材最高電導(dǎo)率達(dá)到3.9X10—'S，cm—、本發(fā)明提出的P型半導(dǎo)體CUl.xNixO陶瓷靶的制備方法，具體步驟為采用純度99.8 % 以上的CuO粉末和純度99。/。以上的NiO粉末，按CiiLxNixO (x =0.01 0.15)成分比例配 制混合粉末，將粉末混合研磨后，用粉末壓片機(jī)在壓強(qiáng)為12-18MPa下干壓成型。然后將 靶材送入管式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，爐中通入N2作為保護(hù)氣體，爐溫從室溫升高到燒結(jié) 溫度800- 1000 'C，保溫10-15小時(shí)，然后自然冷卻到280-320 'C，取出靶材。敲碎后再 次研磨，用粉末壓片機(jī)在18-22MPa下壓制成型。再在管式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，燒結(jié) 條件同上，即N2作為保護(hù)氣體，升高到燒結(jié)溫度800-1000°C，保溫10-15小時(shí)，即得陶 瓷靶材。所制備的靶材的電導(dǎo)率在0.13 ~ 3.9X 10—3 S'cm—1之間。 本發(fā)明較佳的制備條件如下CuO粉末和NiO粉末混合之后化學(xué)劑量比為Cua95Nioo50的靶材。 粉末壓片機(jī)第一次干壓成型壓強(qiáng)為14-16MPa，第二次干壓成型壓強(qiáng)為20-22 MPa。 管式電阻爐燒結(jié)溫度為900-1000 °C，保溫時(shí)間10-12小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、制成的靶材成分均勻，性能穩(wěn)定，且具 有p型導(dǎo)電性能，電導(dǎo)率最高達(dá)到3.9X10—3 S《m"。采用該發(fā)明制備的陶瓷塊體材料作為 靶材，經(jīng)PPD技術(shù)沉積鍍膜后，所制備的薄膜具有p型高電導(dǎo)率、可見光范圍高透射率的 光電特性，這在太陽(yáng)能電池、透明電子學(xué)和新型光電器件領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
圖1 CUo.95Nia()50陶瓷靶的X射線衍射圖。圖2 CUl.xNixO (x = 0.01 0.15)陶瓷靶的電導(dǎo)率隨靶中Ni含量x變化的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明實(shí)施例1 ，使用純度99.8 %的CuO粉末與純度99 %的NiO粉末，按Cua95NiaQ50成 分比例配制混合粉末，通過(guò)將粉末混合研磨后，用粉末壓片機(jī)在壓強(qiáng)為14 MPa下干壓成 形。然后將靶材送入管式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，爐中通入N2作為保護(hù)氣體，爐溫經(jīng)2 小時(shí)從室溫升高到1000 °C，保溫10小時(shí)后，自然冷卻到300 'C取出靶材。敲碎后再次 研磨，用粉末壓片機(jī)在20MPa下壓制成形。再在電阻爐中，重復(fù)上述條件制得陶瓷靶材。 靶材的電導(dǎo)率為3.9X10—、cm—、實(shí)施例2，使用純度99.8。/。的CuO粉末與純度99。/。的NiO粉末，按Cu^NiaiO成分 比例配制混合粉末，通過(guò)將粉末混合研磨后，用粉末壓片機(jī)在壓強(qiáng)為14MPa下干壓成形。 耙材在管式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)處理。爐中通入N2作為保護(hù)氣體，爐溫經(jīng)2小時(shí)從室溫升高到iooo °c，保溫io小時(shí)后，自然冷卻到300 x:取出靶材。敲碎后再次研磨，用粉末壓片機(jī)在20 MPa下壓制成形。再在電阻爐中，重復(fù)上述條件制得陶瓷靶材。靶材的電導(dǎo)率 為2.5 X 10-:! S'cm"。采用Seebeck效應(yīng)測(cè)試儀定性測(cè)量靶材的導(dǎo)電特性。采用將圓片耙材兩面磨成鏡面， 均勻涂覆銦金屬后測(cè)量其兩端的電阻后獲得電阻率。
權(quán)利要求
1. 一種p型半導(dǎo)體摻鎳氧化銅靶材，其特征在于由氧化銅和氧化鎳粉末按Cu1-xNixO，x＝0.01～0.15配比，經(jīng)燒結(jié)而成，p型導(dǎo)電，其最高電導(dǎo)率達(dá)到3.9×10-3S·cm-1。
2. —種p型半導(dǎo)體摻鎳氧化銅靶材的制備方法，其特征在于具體步驟如下將純度為 99.8 %以上的CuO粉末與純度為99 %以上的NiO粉末，按CUl.xNixO,x = 0.01 0.15成分 比例混合研磨，用粉末壓片機(jī)在壓強(qiáng)為12-18MPa下干壓成型；然后將耙材送入管式電阻 爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，爐中通入高純N2作為保護(hù)氣體，爐溫從室溫升高到燒結(jié)溫度800 - 1000 'C，保溫10-15小時(shí)，然后自然冷卻到280-320'C，取出靶材；敲碎后再次研磨，用粉末壓 片機(jī)在18-22MPa下壓制成形，再在管式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，燒結(jié)條件同前。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體氧化物材料領(lǐng)域，具體為一種P型半導(dǎo)體摻鎳氧化銅(Cu<sub>1-x</sub>Ni<sub>x</sub>O)靶材及其制備方法。本發(fā)明將氧化銅粉末和氧化鎳粉末均勻混合，采用粉末壓片機(jī)干壓成型，用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，在管式電阻爐中燒結(jié)成致密的塊體靶材。所制備的靶材具有p型導(dǎo)電的特征。該發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，制成的靶材成分均勻，性能穩(wěn)定。本發(fā)明方法獲得的靶材在磁控濺射技術(shù)和脈沖等離子體沉積技術(shù)等制備光電性能優(yōu)良的p型導(dǎo)電透明摻鎳氧化銅薄膜領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C23C14/08GK101260507SQ20081003656
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者群 張, 展 施, 銘 楊, 王穎華 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)