可實現(xiàn)近帶邊紫外發(fā)光的p型二氧化錫薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可實現(xiàn)近帶邊紫外發(fā)光的P型311〇2薄膜的制備方法，該方法以金 屬錫（Sn)、金屬銻（Sb)、氮氣（N2)、氧氣（02)、氬氣（Ar)硫粉（S)為原料，屬于光電子薄膜 材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] Sn02是一種直接寬帶隙氧化物半導體，其基本帶隙和光學帶隙分別為3. 3eV和 3. 6eV，由于它具有較高的可見光透過率和較強的電子導電能力，被應用于透明導電薄膜、 太陽電池、光催化等領(lǐng)域。雖然Sn02S直接帶隙材料，但由于其晶體結(jié)構(gòu)對稱性的限制，電 子在導帶底和價帶頂之間的躍迀是禁戒的，即Sn02不可能產(chǎn)生與基本帶隙相對應的近帶邊 紫外發(fā)光，這就大大限制了 Sn02材料在紫外發(fā)光領(lǐng)域的應用。此外，SnO^體中極易形成 諸如氧空位等施主型缺陷，Sn02通常表現(xiàn)為強η型電導，由于補償效應，p型電導的SnO 2較 難獲得，嚴重制約了 Sn02材料在紫外光電領(lǐng)域的應用。因此，開發(fā)出可實現(xiàn)近帶邊紫外發(fā) 光的P型Sn02薄膜的制備方法具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于利用施主-受主共摻雜方法，打破Sn02中電子在導帶底和價 帶頂躍迀的禁戒規(guī)則，并克服受主在Sn02中固溶度低的缺點，再通過后期在硫氣氛下熱處 理，來降低受主離化能，以獲得高空穴濃度的P型Sn02薄膜。本發(fā)明將采用Sb、N共摻雜并 結(jié)合后期硫氣氛熱處理技術(shù)，來制備可實現(xiàn)近帶邊紫外發(fā)光的P型Sn02薄膜。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：以金屬錫和金屬銻為靶材，以氬氣、氧氣和氮氣的混 合氣體為濺射氣體，以藍寶石晶體為襯底，在襯底溫度為300°c的條件下，共濺射金屬錫和 金屬銻靶材60min，制備出Sb、N共摻雜Sn02薄膜。將制備的SnO 2薄膜在硫氣氛下熱處理， 獲得熱處理后的Sb、N共摻雜Sn02薄膜。室溫光致發(fā)光譜測量表明，該薄膜具有近帶邊紫 外發(fā)光占優(yōu)的光譜特性。室溫霍爾效應測試表明，該薄膜的導電類型為P型，載流子濃度在 1018cm 3到 10 19cm 3之間。
[0005] 按本發(fā)明制備p型Sn02薄膜的優(yōu)點是：
[0006] (1)采用Sb施主和N受主元素共摻雜，提高了 N受主在Sn02中固溶度，并實現(xiàn)了 近帶邊紫外發(fā)光。
[0007] (2)經(jīng)過在硫氣氛中的熱處理，提高了 p型511〇2薄膜的空穴載流子濃度，并增強了 紫外發(fā)光。
【附圖說明】
[0008] (1)圖1是工藝流程圖
[0009] (2)圖2是制備的Sb、N共摻雜的Sn02薄膜的X光衍射圖
[0010] (3)圖3是制備的Sb、N共摻雜的311〇2薄膜的室溫光致發(fā)光譜
【具體實施方式】
[0011] 實施例
[0012] 將直徑和厚度分別為60mm和3mm的金屬錫和金屬鋪安裝到磁控派射設備的兩 個靶位上，將c面藍寶石放入生長室的加熱爐上（樣品架），用真空栗將系統(tǒng)氣壓抽至 1 X 10 4Pa，加熱藍寶石襯底至300°C，通入體積比為1:2:1的氬氣、氧氣和氮氣的混合氣體， 氣體流量為40SCCM，調(diào)節(jié)生長室內(nèi)的氣壓為IPa，將錫靶和銻靶的濺射功率分別調(diào)至70W和 25W，移開兩個靶位擋板，共濺射60min，獲得未經(jīng)熱處理的Sb、N共摻雜的Sn02薄膜。將此 薄膜置于退火爐中，并在薄膜周圍均勻放入30mg硫粉，用真空栗將退火爐氣壓抽至0.1 Pa 以下，通入氬氣，氣體流量為40SCCM，以5°C /s的速率升溫至600°C后，保持15min，然后自 然冷卻到室溫，獲得熱處理后的Sb、N共摻雜Sn02薄膜。圖2為熱處理前后的Sb、N共摻雜 的Sn02薄膜的X光衍射圖，其衍射圖譜表明制備的薄膜為（200)擇優(yōu)取向，未發(fā)現(xiàn)與雜質(zhì) 相關(guān)的第二相，說明獲得Sb、N共摻雜的Sn02為單一相結(jié)構(gòu)。圖3為熱處理前后的Sb、N共 摻雜的311〇2薄膜的室溫光致發(fā)光譜，與未摻雜的311〇2薄膜相比，熱處理前后的Sb、N共摻雜 的311〇2薄膜均出現(xiàn)了紫外發(fā)光，尤其是熱處理后，在380nm處的紫外發(fā)光明顯增強，增強約 4倍。表1為熱處理前后的Sb、N共摻雜的Sn02薄膜的室溫電學性質(zhì)，熱處理前后的Sb、N 共摻雜的311〇2薄膜均為p型電導，且熱處理后的空穴載流子濃度達到10 lscm 3的量級。作 為對比，一個未摻雜Sb、N的純3]1〇2薄膜的相應表征結(jié)果也分別顯不在圖2、3以及表1中。
[0013] 表1制備的Sb、N共摻雜的Sn02薄膜的室溫電學性質(zhì)
【主權(quán)項】
1. 可實現(xiàn)近帶邊紫外發(fā)光的P型二氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于以金屬錫 (Sn)、金屬鋪（Sb)為祀材，氬氣（Ar)、氧氣（02)和氮氣（N2)的混合氣體作為派射氣體，米 用磁控濺射技術(shù)在藍寶石襯底上同時濺射金屬靶材，制備Sb、N共摻雜的Sn02薄膜，將獲 得的薄膜在硫氣氛下熱處理后，獲得Sb、N共摻雜的p型Sn02薄膜。2. 按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于硫氣氛下熱處理Sb、N共摻雜的SnO2 薄膜時，升溫速率控制在5°C/s到10°C/s，升溫至600°C后，保持15min。3. 按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于獲得的p型SnO2薄膜的空穴載流子濃 度在10lscm3到1019cm3之間，電阻率在6Ωcm到16Ωcm之間。4. 按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于獲得的p型SnO2薄膜室溫光致發(fā)光譜 的紫外發(fā)光峰在380nm到390nm之間，發(fā)光峰的半高寬度在13nm到28nm之間。
【專利摘要】本發(fā)明涉及可實現(xiàn)近帶邊紫外發(fā)光的p型二氧化錫薄膜的制備方法。其特征是以金屬錫(Sn)、金屬銻(Sb)、氮氣(N2)、氧氣(O2)、硫粉(S)為原料，利用磁控濺射技術(shù)與硫氣氛熱處理技術(shù),制備出具有高空穴濃度和近帶邊紫外發(fā)光的p型SnO2薄膜，其空穴載流子的濃度范圍為1018cm-3到1019cm-3，室溫紫外發(fā)光波長范圍為380nm到390nm。本方法采用施主受主元素共摻雜技術(shù)和硫氣氛熱處理技術(shù)，提高受主在SnO2中的固溶度，并打破電子在SnO2導帶底和價帶頂躍遷的禁戒規(guī)則，實現(xiàn)近帶邊紫外發(fā)光，可用于制備寬帶隙氧化物光電器件中的p型導電層。
【IPC分類】C23C14/08, C23C14/34, C23C14/58
【公開號】CN105420677
【申請?zhí)枴緾N201510880868
【發(fā)明人】李永峰, 賈金環(huán), 姚斌, 丁戰(zhàn)輝
【申請人】吉林大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月3日