專利名稱：一種p型或n型氧化鋅薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低電阻率，高載流子濃度的氧化鋅薄膜材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，氧化鋅功能薄膜越來越受到人們的關(guān)注。這主要是因為其在光學(xué)、電學(xué)方面都具有自身獨特的性質(zhì)。而由于氧化鋅自身的自補償效應(yīng)，常態(tài)氧化鋅薄膜呈n型，因此，一直以來，吸引眾多科學(xué)工作者利用各種方法制備p-型氧化鋅薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種無摻雜p型/n型氧化鋅薄膜及其制備方法。要求改種薄膜具有高載流子濃度，低電阻率，厚度均勻可控，以滿足工業(yè)應(yīng)用于研究的需要。
本發(fā)明提出的非摻雜p型/n型氧化鋅薄膜，由下述方法獲得將一定大小的基底放入一水平放置的石英管中，加熱至設(shè)定溫度(350-550℃)，再將裝有鋅源的陶瓷舟推入此石英管中，加熱使其蒸發(fā)，并通入載運氣體，將蒸氣輸運至基底，沉積，在基底上得到氧化鋅薄膜。其中，基底為硅片，鋅源為醋酸鋅，載運氣體為空氣。該薄膜為氧化鋅透明多晶薄膜，具有六方纖鋅礦/紅鋅礦結(jié)構(gòu)，厚度為100～1500nm，電阻率低達到10-2Ωcm，p型薄膜載流子濃度可高達1018cm-3，n型薄膜載流子濃度可高達1019cm-3，該薄膜是一種高載流子濃度，低電阻率厚度較均勻的薄膜。我們做了7個不同溫度下的試驗，下表是所得到的氧化鋅薄膜的電學(xué)性質(zhì)。
表1 不同溫度下氧化鋅薄膜的電學(xué)性質(zhì)

下面進一步介紹制備步驟1、加熱基底至設(shè)定溫度將硅基底放入水平放置的石英管中加熱至設(shè)定溫度(350℃～550℃)，并達到熱平衡，加熱是通過纏繞在石英管外側(cè)的電阻絲實現(xiàn)，通過電壓調(diào)節(jié)控制溫度高低。
2、鋅源的蒸發(fā)和輸運將研磨好的醋酸鋅粉末裝入陶瓷舟中，推入石英管，保持溫度高于醋酸鋅的蒸發(fā)溫度，使之很快便為蒸汽。
3、蒸汽的輸運和沉積醋酸鋅蒸汽通過載運氣體(空氣)，被輸運到基底處，并在基底上沉積成膜。一般控制一過程為2～8min。
4、后處理將所得到的氧化鋅薄膜立刻從石英管中取出，在空氣中自然冷卻。即可得到不同導(dǎo)電類型的氧化鋅薄膜，導(dǎo)電類型取決于基底的溫度(＞480℃，得到n型氧化鋅薄膜；＜480℃，得到p型氧化鋅薄膜)。
上述方法中，作為鋅源的醋酸鋅粉末離基底距離控制在3-10cm之間。制得薄膜厚度為100-1500nm，大小為(0.5～2)×(0.5～2)cm2。
具體實施例方式
實施例1，采用醋酸鋅為鋅源，對于p型氧化鋅薄膜的制備，其合成步驟如下取一片1.8×1.8cm硅片，首先用丙酮清潔其表面，之后將其放入10％氫氟酸中，浸泡3分鐘，取出，豎直放置于陶瓷舟上；將陶瓷舟推入水平放置的石英管中。并通過調(diào)節(jié)纏繞在石英管周圍電阻絲的電壓，加熱，溫度由緊貼在石英管上的熱電偶讀出。加熱至450℃，并保持5分鐘；推入裝有500mg醋酸鋅粉末的陶瓷舟，其與基底距離為8cm，并通入空氣，作為載運氣體，8分鐘后，停止加載運氣體，并且立刻取出硅片，在空氣中自然冷卻，其上附著了一層厚度約為1200nm的氧化鋅薄膜，其為p型半導(dǎo)體薄膜，經(jīng)檢測，載流子濃度為2.37×1018cm-3，電阻率為4.5×10-2Ωcm。
實施例2，采用醋酸鋅為鋅源，對于n型氧化鋅薄膜的制備，其合成步驟如下取一片2×2cm硅片，首先用丙酮清潔其表面，之后將其放入10％氫氟酸中，浸泡3分鐘，取出，豎直放置于陶瓷舟上；將陶瓷舟推入水平放置的石英管中。并通過調(diào)節(jié)纏繞在石英管周圍電阻絲的電壓，加熱，溫度由緊貼在石英管上的熱電偶讀出。加熱至510℃，并保持5分鐘；推入裝有500mg醋酸鋅粉末的陶瓷舟，其與基底距離為4cm，并通入空氣，作為載運氣體，4分鐘后，停止加載運氣體，并且立刻取出硅片，在空氣中自然冷卻，其上附著了一層厚度約為1000nm的氧化鋅薄膜，其為n型半導(dǎo)體薄膜，經(jīng)檢測，載流子濃度為6.0×1018cm-3，電阻率為9.4×10-2Ωcm。
權(quán)利要求
1.一種p型或n型寬禁帶氧化鋅薄膜，其特征在于為透明多晶，具有六方纖鋅礦或紅鋅礦結(jié)構(gòu)，厚度為100～1500nm，電阻率低達10-2Ωcm，p型薄膜載流子濃度高達1018cm-3，n型薄膜載流子濃度高達1019cm-3，并有下述制備方法獲得將基底放入一水平放置的石英管中，加熱至設(shè)定溫度350-550℃，再將裝有鋅源的陶瓷舟推入此石英管中，使之蒸發(fā)，并通入載運氣體，將蒸氣疏運至基底，經(jīng)過沉積過程，在基底上得到氧化鋅薄膜；其中，基底為硅片，鋅源為醋酸鋅，載運氣體為空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅薄膜，其特征在于大小為(0.5～2)×(0.5～2)cm2。
3.一種如權(quán)利要求1所述的氧化鋅薄膜的制備方法，其特是首先將作為基底的硅片放入水平放置的石英管中，加熱至設(shè)定溫度350-550℃，再將裝有作為鋅源的醋酸鋅粉末的陶瓷舟推入該石英管中，加熱使其蒸發(fā)，并通入載運氣體，將輸運至基底上沉積，得到氧化鋅薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于沉積時間控制在2min～8min之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于作為鋅源的醋酸鋅粉末距離基底的距離保持在3cm～10cm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于控制基底溫度＞480℃，得到n型氧化鋅薄膜，控制基底溫度＜480℃，得到p型氧化鋅薄膜。
全文摘要
本發(fā)明屬功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種p型/n型氧化鋅薄膜及其制備方法。該薄膜的制備過程是采用硅(100)作為基底，將其在一水平放置的石英管中加熱到設(shè)定溫度，在將盛有醋酸鋅的陶瓷舟推入石英管加熱，使其揮發(fā)分解，利用空氣作為載運氣體，將醋酸鋅蒸汽輸運至硅基底，使其分解沉積成膜。此方法制備的ZnO薄膜具有高載流子濃度，低電阻率特性，且可以通過溫度控制，選擇制備p型或n型薄膜。
文檔編號H01L31/0264GK1812134SQ200510111068
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者王云濤, 張昕, 吳曉京 申請人:復(fù)旦大學(xué)