[發明專利]一種透明半導體薄膜二極管及其制備方法

無效

• 申請號: 200810039602.2
• 申請日: 2008-06-26
• 公開（公告）號: CN101308877A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 張群;王穎華;施展
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/267;H01L21/329;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/54
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于透明電子學技術領域，具體涉及一種透明半導體薄膜二極管及其制備方法。

背景技術

新型p型導電透明薄膜與現有的n型透明導電氧化物(TCO)薄膜的結合，可以實現透明二極管和透明薄膜晶體管等透明電子器件，形成嶄新的學科-透明電子學。透明電子學的出現，不僅豐富和發展了硅基電子學的內涵，而且在太陽能電池、平板顯示和光電探測器等領域具有廣泛的應用價值。

1997年Kawazoe等報道了CuAlO₂具有p型導電特性和可見光區的透明性以來，出現了許多新型的p型導電透明半導體薄膜材料，其光電性能也逐步得到優化。如同構的CuMO₂(M＝Ga，Y，Sc，In)中發現了類似CuAlO₂的p型導電性質；N、P或As摻雜的ZnO薄膜是近年來p型透明導體研究的另一個熱點，人們采用脈沖激光沉積(PLD)、分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、磁控濺射等薄膜生長方法可控地制備出高質量的ZnO薄膜，但是p型摻雜都會在材料內部同時產生“空穴殺手”間隙Zn和氧空位，從而尚未實現穩定而實用化的p型導電透明材料。

近年來，世界各國都在大力推動太陽能光電產業的發展。據報道，日本1992年啟動了新陽光計劃，到2003年其光伏組件生產已占世界50％。德國新可再生能源法規定了光伏發電上網電價，促進了光伏市場和產業的發展，使德國成為繼日本之后世界光伏發電發展最快的國家。世界光伏發電從1998年的154.9兆瓦增加到2003年的742.28兆瓦，年均增長率為36.8％，已超過風力發電的平均增長速度。2004年，全球光伏組件產量是7年前的10倍。盡管存在能量轉換效率較低的問題，太陽能光發電在各個國家正受到特殊的重視。如果太陽光伏能源系統能夠使用p型透明導電氧化物(TCO)材料，就有可能大幅度提高太陽能電池的光電轉換效率，從而降低太陽能光電系統的發電成本，因為n型和p型TCO材料迭加起來作透明陰陽電極可以最大程度地吸收太陽光能。因此，p-型TCO材料的研究已成為各國的研究熱點和各種基金資助的重點。

迄今為止，許多報道利用不同的p型和n型導電透明薄膜開發透明的二極管、透明發光二極管、透明場效應晶體管等。但由于不同薄膜的介面效應以及制備工藝間的兼容性的差異，現有的大部分透明電子器件的研究都還處在實驗室階段，并未商業化。因此要得到性能穩定、重復性好、成本低、適宜大規模生產的器件，還有待于理論和制備工藝的進一步研究和發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種透明性好、可見光平均透射率高，且適于規模化生產的透明半導體薄膜二極管及其制備方法。

本發明提出的透明薄膜二極管，由新型的p型導電摻鋅硫化銅鋁(記為CuAlS₂:Zn)透明薄膜和n型導電摻鎢氧化銦(In₂O₃:W，記為IWO)透明薄膜構成，p-n結的厚度為100～500nm，其中，摻鋅硫化銅鋁中鋅的摻雜量為鋁質量的1-5％，摻鎢氧化銦中鎢的摻雜量為銦質量的1-3％。

上述透明薄膜二極管的制備方法，包括p型導電摻鋅硫化銅鋁的制備和n型導電摻鎢氧化銦的制備。其中，p型導電CuAlS₂:Zn透明薄膜采用脈沖等離子體沉積鍍膜方法(PPD)制備，具體步驟為：以按鋅和鋁質量比例制備的摻鋅硫化銅鋁CuAlS₂:Zn陶瓷靶為靶材，玻璃為基板，在室溫條件下，用脈沖電子束轟擊靶材，使靶材被燒蝕出來并利用剩余的動能運動到基板表面沉積，其中，工作氣體為Ar，氣壓維持在2.2～2.4Pa；高壓直流功率輸出源設定工作電壓為-16～-19KV，工作電流為3.6～4.8mA，脈沖電子束重復頻率為1.5～2.5Hz，燒蝕時間為60～180分鐘，形成具有非晶結構的p型導電CuAlS₂:Zn透明薄膜。

n型導電摻鎢氧化銦In₂O₃:W透明薄膜的制備采用反應直流磁控濺射方法，具體步驟如下：以按鎢與銦的質量比制成的金屬銦鑲嵌靶為靶材，玻璃為基板，在室溫條件下，通入氧氣和氬氣使反應室工作壓強為0.8～1Pa，控制氧氣分壓為工作壓強的2.0～20.0％，直流磁控濺射電流為50～200mA，濺射電壓為300～430V，濺射時間為30～120分鐘，形成具有非晶結構的n型導電In₂O₃:W透明薄膜。