[發明專利]p型導電Sb摻雜SnO2薄膜和含有該薄膜的氧化錫同質pn結及其制備方法

無效

• 申請號: 201210029709.5
• 申請日: 2012-02-10
• 公開（公告）號: CN102586748A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 趙修建;倪佳苗;耿碩麒;劉啟明
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;H01L21/363;H01B13/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明屬于透明導電材料技術領域，具體地說是涉及一種高電導率、高空穴濃度、高遷移率、高可見光透過率的p型導電Sb摻雜SnO₂薄膜和對應氧化錫同質pn結及其制備方法。

背景技術

透明導電氧化物（TCO）薄膜及其對應的透明pn結在紫外、紫藍光波段的發光二極管(LED)，激光器(LD)，節能白光照明LED，氣體傳感器、太陽能電池、液晶顯示器、智能窗等領域具有廣泛的應用前景。雖然迄今已獲得了各種高性能的n型TCO材料，如Sn摻雜In₂O₃(ITO)、Al摻雜ZnO(AZO)等等，但是由于氧化物半導體中的自補償效應，很難通過摻雜獲得高性能的p型TCO材料。由于金屬氧化物材料中存在大量的氧空位、金屬間隙原子以及其他類型的施主型缺陷，所以未經摻雜的氧化物材料一般都是n型的，即導帶電子導電。由于缺乏性能良好的p型TCO材料，使得高性能透明pn結難以實現，而pn結是絕大多數半導體透明電子器件的基礎元件，因此這嚴重阻礙了透明半導體薄膜在半導體領域的廣泛應用。所以如何實現高性能TCO材料的p型摻雜并制備相應的透明pn結是實現TCO材料在光電領域廣泛應用的關鍵。

現今國內外所報道的p型透明導電氧化物薄膜主要有兩大類，一類是以銅鐵礦結構為主的CuMO₂導電薄膜，另一類是受主摻雜的p型寬禁帶氧化物，如摻Li的p型NiO和摻N的p型ZnO薄膜等。這些p型TCO材料的空穴載流子濃度和p型電導率分別在~10¹⁷cm^-3數量級和1?S×cm^-1以下。與n型TCO薄膜的性能相比，載流子濃度和電導率都低2~3個數量級，無法實現具有良好性能的寬禁帶透明pn結。因此制備性能優異的p型導電薄膜顯得更加重要。

與ZnO比較，二氧化錫（SnO₂）是一種很有發展潛力的寬禁帶半導體材料，禁帶寬度為3.5~4.0eV，更大的激子束縛能(SnO₂:130meV，ZnO:60meV)，作為室溫發光材料，SnO₂具有更大潛力。因此，目前p型受主摻雜的SnO₂倍受關注，p-SnO₂的摻雜元素主要集中在Ⅰ和Ⅲ族元素，例如Li、Al、In等。Bagheri-Mohagheghi?等（M.M.?Bagheri-Mohagheghi,?M.?S.?Saremi,?J.?Appl.?Phys.?37?(2004)?1248?and?M.M.?Bagheri-Mohagheghi,?M.S.Saremi,?Semicond.?Sci.?Technol.19(2004)?764.）通過噴霧熱解法制備p型的Li摻SnO₂薄膜和Al摻SnO₂薄膜，其空穴濃度為～10¹⁸cm^-3數量級；季振國等（季振國，何振杰，一種P型導電的摻銦氧化物薄膜，專利申請號：03141558.X）采用溶膠-凝膠方法制備p型In摻SnO₂薄膜，其空穴濃度為10¹⁵~10¹⁶cm^-3數量級。目前制備的p型TCO薄膜空穴濃度都比較低，一般為10¹⁷~10¹⁸cm^-3數量級，其電阻率也比較高，并且還存在著重復性差和穩定性不好等問題。

迄今，關于p型SnO₂薄膜制備的文獻報道不是很多，并且其研究工作主要采用溶膠-凝膠法和噴霧熱解法。采用溶膠-凝膠法在玻璃基片上沉積薄膜時存在大面積薄膜的致密性和均勻性較差等問題，而且其厚度控制較難。

發明內容