薄膜則相對(duì)致密得多；而當(dāng)襯底偏壓Vs= -150V和-200V時(shí)，薄膜的致密程度比Vs= -100V差，但優(yōu)于V s= OV和-50V。
[0029]圖2為實(shí)施例1?5制備的Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的X射線衍射譜圖。其中，實(shí)施例I:VS= 0V,實(shí)施例2:VS= -50V，實(shí)施例3:VS= -100V，實(shí)施例4:V s= -150V，實(shí)施例5:VS= -200V。該譜圖確認(rèn)了薄膜樣品的Cu+Cu20復(fù)合相成分。其中，Cu2O組分的晶向?yàn)?111)，而Cu組分的主要晶向?yàn)?111)，伴有(200)和(220)晶向。同時(shí)，該譜圖表明了襯底偏壓對(duì)復(fù)合薄膜的晶化程度也有所影響。
[0030]圖3 (a)為Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的電阻率P隨襯底偏壓Vs的變化關(guān)系圖。從圖中可以看出，雖然薄膜樣品的電阻率隨襯底偏壓呈現(xiàn)非線性變化，但是所有薄膜樣品電阻率的數(shù)量級(jí)均為10_5Ω.cm;圖3(b)為Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的禁帶寬度Eg隨襯底偏壓入的變化關(guān)系圖。從圖中可以看出，Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的禁帶寬度為(2.23?2.47) eV，隨襯底偏壓呈非線性變化。而且，當(dāng)襯底偏壓低于-50V即OV彡Vs彡50V時(shí)，禁帶寬度隨偏壓的變化趨勢與電阻率隨偏壓的變化趨勢相反；而當(dāng)襯底偏壓高于-50V即50V彡Vs彡200V時(shí)，禁帶寬度隨偏壓的變化趨勢與電阻率隨偏壓的變化趨勢相同。
[0031]本發(fā)明制備過程中未通入氧氣，銅原子氧化的主要?dú)庠词歉哒婵涨皇抑袣堄嗟难鯕?。?jì)算結(jié)果表明，在本底真空為5.0X KT4Pa和純度為99.999wt.%、腔室氣壓為0.1Pa的高純氬氣中，腔室中殘余氧原子的濃度為?11Vcm3;而對(duì)于0.03nm/s沉積速率的銅原子來說，它在襯底附近的原子濃度僅為?107cm3。這說明在本發(fā)明真空條件下，不需要另外通入氧氣就有足夠的氧源來實(shí)現(xiàn)銅原子的氧化。當(dāng)然，并不是所有在上述真空條件下都能實(shí)現(xiàn)銅原子的氧化，比如在直流濺射功率100W下得到的是純Cu產(chǎn)物，而在射頻濺射功率100W下得到的是純Cu2O或CuCHCu2O等產(chǎn)物。另外，除了工作方式(直流和射頻)、濺射功率對(duì)產(chǎn)物的組分有所影響以外，沉積的溫度和速率也必須合適才能得到本發(fā)明所制備的Cu+Cu20彌散復(fù)合薄膜。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]I)采用JGP500A型平衡磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，先將干凈的玻璃片固定在樣品盤上，再將直徑為3英寸、純度為99.99wt.%的高純銅靶安裝在濺射源上；
[0034]2)關(guān)上腔門抽真空至5.0X10_4Pa，然后通流量為15sccm、純度為99.999wt.%的高純氬氣，并調(diào)節(jié)高閥保持腔室氣壓為0.1Pa ;
[0035]3)在直流100W的功率下對(duì)銅靶預(yù)濺射10分鐘，以除去銅靶表面可能的氧化層；
[0036]4)調(diào)節(jié)濺射功率為直流40W，打開樣品擋板，在室溫和未施加襯底偏壓情況下沉積40分鐘。所得Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的電阻率為6.23 X 10_5 Ω -cm,禁帶寬度為2.47eV。
[0037]實(shí)施例2:
[0038]I)同實(shí)施例1 ;
[0039]2)同實(shí)施例1 ;
[0040]3)同實(shí)施例1 ;
[0041]4)襯底偏壓為-50V，其余同實(shí)施例1。所得Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的電阻率為
8.21 X I(T5 Ω.cm,禁帶寬度為 2.27eV。
[0042]實(shí)施例3:
[0043]I)同實(shí)施例1 ;
[0044]2)同實(shí)施例1 ;
[0045]3)同實(shí)施例1 ;
[0046]4)襯底偏壓為-100V，其余同實(shí)施例1。所得Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的電阻率為5.23 X I(T5 Ω.cm,禁帶寬度為 2.23eV。
[0047]實(shí)施例4:
[0048]I)同實(shí)施例1 ;
[0049]2)同實(shí)施例1 ;
[0050]3)同實(shí)施例1 ;
[0051]4)襯底偏壓為-150V，其余同實(shí)施例1。所得Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的電阻率為
9.98 X I(T5 Ω.cm,禁帶寬度為 2.47eV。
[0052]實(shí)施例5:
[0053]I)同實(shí)施例1 ;
[0054]2)同實(shí)施例1 ;
[0055]3)同實(shí)施例1 ;
[0056]4)襯底偏壓為-200V，其余同實(shí)施例1。所得Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜的電阻率為5.79 X I(T5 Ω.cm,禁帶寬度為 2.32eV。
[0057]本發(fā)明制備的Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜，具有大面積、均勻和表面平整等特點(diǎn)，其電阻率為(5.23?9.98) X 10_5 Ω -cm,禁帶寬度為(2.23?2.47) eV，同時(shí)具有金屬和半導(dǎo)體雙重特性，在太陽能電池、電極材料和光催化等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。
[0058]應(yīng)理解上述施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬電阻率Cu/Cu 20半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜，其特征在于，所述薄膜中Cu和Cu2O組分彌散均勻分布，摩爾比例為10: 1，薄膜厚度約為72nm，電阻率為(5.23?9.98) X I(T5 Ω.cm,禁帶寬度為(2.23 ?2.47) eV。
2.一種金屬電阻率Cu/Cu20半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)采用JGP500A型平衡磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，先將干凈的玻璃片固定在樣品盤上，再將高純銅靶安裝在濺射源上； 2)關(guān)上腔門抽高真空，然后通高純氬氣，并調(diào)節(jié)高閥保持腔室氣壓恒定； 3)在直流100W的功率下對(duì)銅靶預(yù)濺射10分鐘，以除去銅靶表面可能的氧化層； 4)調(diào)節(jié)濺射功率，打開樣品擋板，通過改變襯底偏壓在玻璃襯底上沉積了Cu/Cu20彌散復(fù)合薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬電阻率Cu/Cu20半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，所述銅革E的純度為99.99wt.%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬電阻率Cu/Cu20半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，所述濺射源為直流濺射源。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬電阻率Cu/Cu20半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，所述高真空為5.0X10_4Pa，所述氬氣的流量和純度分別為15sCCm和99.999wt.%，所述腔室氣壓為0.1pa0
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬電阻率Cu/Cu20半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中，所述濺射功率為直流40W。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬電阻率Cu/Cu20半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中，所述襯底偏壓為直流(O?-200) V。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬電阻率Cu/Cu20半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中，所述沉積的溫度為室溫，沉積的速率和時(shí)間分別為0.03nm/s和40分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬電阻率Cu/Cu2O半導(dǎo)體彌散復(fù)合薄膜及其制備方法，目的是提供一種具有金屬級(jí)電阻率和太陽窗口半導(dǎo)體帶隙的Cu/Cu2O彌散復(fù)合薄膜及其制備方法。本發(fā)明采用平衡磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，通過直流物理濺射高純銅靶，在玻璃襯底上沉積了Cu/Cu2O彌散復(fù)合薄膜，并通過控制襯底偏壓來調(diào)節(jié)復(fù)合薄膜的電阻率和禁帶寬度。本發(fā)明工藝簡單，操作方便，成本降低。本發(fā)明制備的Cu/Cu2O彌散復(fù)合薄膜，具有大面積、均勻和表面平整等特點(diǎn)，其電阻率為(5.23～9.98)×10-5Ω·cm，禁帶寬度為(2.23～2.47)eV，同時(shí)具有金屬和半導(dǎo)體雙重特性，在太陽能電池、電極材料和光催化等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。
【IPC分類】C23C14-35, C23C14-16
【公開號(hào)】CN104651790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510076766
【發(fā)明人】蘇江濱, 王旭東, 馬驥, 劉陽, 蔣美萍, 唐斌
【申請(qǐng)人】常州大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日