[發(fā)明專利]n型氧化鋅/p型金剛石異質(zhì)結(jié)隧道二極管及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010117449.8
• 申請日: 2010-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN101807606A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李紅東;桑丹丹;呂憲義
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/88
• 分類號(hào): H01L29/88;H01L21/34;H01L29/267
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 王恩遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用熱蒸發(fā)法在p型金剛石生長n型氧化鋅(ZnO)納米結(jié)構(gòu)形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，并制作具有負(fù)阻特性的隧道二極管器件的方法，屬于半導(dǎo)體材料及其制備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

p-n結(jié)半導(dǎo)體器件中，有一類器件，在某一電壓范圍內(nèi)，出現(xiàn)隨著電壓的增大，電流反而減小的現(xiàn)象，即負(fù)阻特性，這類器件稱為p-n結(jié)隧道二極管。隧道二極管具有很多的用途，如微波放大、高速開關(guān)、激光振動(dòng)源等，已被廣泛用作局部振蕩器和功率放大器，成為探測系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制和微波測試儀器上所使用的重要的固態(tài)微波源。隧道二極管的噪聲較低，工作穩(wěn)定范圍大。另外由于隧道效應(yīng)本質(zhì)上是一量子躍遷的過程，使隧道二極管可在極高的頻率下工作。這些優(yōu)點(diǎn)，使隧道結(jié)得到了廣泛的應(yīng)用。

ZnO是一種具有寬帶隙和高激子束縛能的半導(dǎo)體材料，由于自補(bǔ)償效應(yīng)，n型ZnO容易得到。金剛石也是重要的半導(dǎo)體材料，具有高熱導(dǎo)率、寬帶隙、高激子束縛能、微波高透過率等性質(zhì)，通過硼摻雜，可得到p型金剛石。

本發(fā)明專利提出的一種n型ZnO/p型金剛石異質(zhì)結(jié)隧道二極管及其制作方法，尚未見相近的專利、文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，使用熱蒸發(fā)法，在化學(xué)氣相沉積(CVD)多晶金剛石膜或CVD金剛石單晶上生長ZnO納米結(jié)構(gòu)，當(dāng)CVD金剛石是p-型摻雜時(shí)，可以制備出具有負(fù)阻特性的n-ZnO/p-diamond異質(zhì)結(jié)隧道二極管器件。

本發(fā)明利用熱蒸發(fā)法，在硼摻雜CVD金剛石(Diamond)上生長ZnO納米結(jié)構(gòu)，如納米棒(ZnO?nanorods，ZnO?NRs)，并制作n型ZnO/p型金剛石(n-ZnO/p-diamond)異質(zhì)結(jié)隧道二極管器件。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案：

一種n型氧化鋅/p型金剛石異質(zhì)結(jié)隧道二極管，所述的p型金剛石是硼摻雜的多晶金剛石膜或硼摻雜的金剛石單晶，其特征在于，所述的n型氧化鋅是氧化鋅納米棒、納米線或納米管陣列結(jié)構(gòu)，豎直生長在p型金剛石上；導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面與氧化鋅納米結(jié)構(gòu)接觸作為導(dǎo)電陰極，p-型金剛石作為導(dǎo)電陽極；用電極銀漿在導(dǎo)電陰極和導(dǎo)電陽極上分別連接銅導(dǎo)線。

本發(fā)明的n型氧化鋅/p型金剛石異質(zhì)結(jié)隧道二極管的制作方法，按下述步驟進(jìn)行：

第1步，生長p型金剛石，即，生長硼摻雜的p型CVD多晶金剛石膜或硼摻雜的p型CVD金剛石單晶。可以使用微波等離子體CVD、熱燈絲CVD、直流熱陰極CVD或直流噴射CVD方法，這些方法都是現(xiàn)有成形的技術(shù)；使用硼烷或硼酸三甲酯作硼源；對于CVD多晶金剛石膜，可使用硅為襯底，而對于CVD金剛石單晶，可使用天然金剛石單晶、高溫高壓人造金剛石單晶或CVD金剛石單晶作襯底。

第2步，在p型金剛石上生長n型ZnO納米結(jié)構(gòu)。利用熱蒸發(fā)法，將質(zhì)量比1∶1的蒸發(fā)源ZnO和鋁粉或石墨粉還原劑的混合物放入石英管，p型金剛石放置在石英管內(nèi)蒸發(fā)源的下游；將石英管放置于管式爐加熱區(qū)，使蒸發(fā)源位于850～1100℃處，p型金剛石位于500～700℃處，在常壓或10^-4～10^-5Pa氣壓或通入Ar氣100～400sccm條件下反應(yīng)10～60分鐘，將石英管取出；p型金剛石上生長有一層白灰色物質(zhì)，該物質(zhì)是n型ZnO納米棒、納米線或納米管陣列結(jié)構(gòu)。

在p型金剛石上生長n型ZnO納米結(jié)構(gòu)也可以利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法、水熱法等。

第3步，制作電極。將導(dǎo)電玻璃(ITO)的導(dǎo)電面向下壓在n型ZnO納米棒、納米線或納米管陣列上作為導(dǎo)電陰極，p型金剛石做陽極。使用電極銀漿連接銅導(dǎo)線，做歐姆電極。之后可以進(jìn)行ZnO?NRs/p-diamond異質(zhì)結(jié)電學(xué)性質(zhì)電流-電壓(I-V)特性曲線測試。

熱蒸發(fā)法制備n型氧化鋅/p型金剛石異質(zhì)結(jié)隧道二極管，具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，以n型氧化鋅和p型金剛石兩層結(jié)構(gòu)制備隧道二極管，不需要采用以往的多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并且該器件實(shí)現(xiàn)了較大電流峰谷比的n-型ZnO納米棒/p-型金剛石隧道二極管，與其他的制備方法相比，該方法器件結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方式簡單、可控性強(qiáng)、晶體質(zhì)量高，制造廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明：

圖1是在CVD多晶金剛石膜上生長ZnO納米棒陣列的SEM圖。

圖2是在CVD多晶金剛石膜上生長ZnO納米棒的XRD譜。

圖3是在CVD金剛石單晶上生長ZnO納米棒陣列的SEM圖。

圖4是n-ZnO?NRs/p-diamond異質(zhì)結(jié)隧道二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。