[發明專利]Li摻雜生長p型透明導電Ni1-xMgxO晶體薄膜的方法

有效

• 申請號: 201210541828.9
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103060757A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 曹鈴;李秀燕;楊致
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C23C14/28
• 分類號: C23C14/28;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 戎文華

技術領域

本發明涉及一種Li摻雜生長p型透明導電Ni_1-xMg_xO晶體薄膜的方法，屬于p型透明導電薄膜技術領域。

背景技術

透明導電氧化物(TCO)薄膜是一種重要的光電材料，因其獨特的透明性與導電性結合于一體而在太陽能電池、平板液晶顯示器、發光二極管等領域有著廣泛的應用前景。n型TCO材料，如ITO?(In₂O₃:Sn)，?FTO?(SnO₂:F)和AZO?(ZnO:Al)，其光電性能已達到較好水平，且已經廣泛應用于商業化產品中。

然而，與之相應的p型TCO材料的種類少，且其光電性能與n型TCO比較相差甚遠，因而在一定程度上限制了其在透明電子和光電子器件中的應用。因此，探索和研究具有良好光電性能的p型TCO薄膜材料，具有現實的實際意義和廣泛的應用價值。

NiO是一種典型的具有直接帶隙的本征p型寬禁帶（3.7?eV）半導體材料，NiO和MgO均具有立方NaCl晶體結構，且晶格常數相近，NiO晶格常數為0.4177?nm，MgO晶格常數為0.4212?nm，所以理論上可以獲得任意組分的Ni_1-xMg_xO?(O<x<1)無限固溶體合金薄膜。MgO的禁帶寬度為7.8?eV，通過在NiO中摻入Mg，可對其禁帶寬度進行連續調節，從而實現其能帶工程。但是，通常制備的Ni_1-xMg_xO合金薄膜呈現高阻，很大程度上限制了其作為寬帶隙半導體材料在光電子器件方面的應用。理論和實驗研究表明Li是NiO的一種理想的受主摻雜元素，因而通過對Ni_1-xMg_xO晶體薄膜進行Li受主摻雜理論上也能有效增加空穴載流子濃度，從而降低其電阻率，為帶隙連續可調的Ni_1-xMg_xO薄膜在短波長光電子器件方面的應用奠定基礎。脈沖激光沉積法具有沉積參數易控、易保持薄膜與靶成分一致、能實現實時摻雜且薄膜晶體質量好等優點，但是到目前為止還沒有利用這種方法制備Li摻雜的p型NiMgO晶體薄膜的報道。

因此，開發Li摻雜生長p型透明導電Ni_1-xMg_xO晶體薄膜，具有非常重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有p型TCO薄膜材料種類少、光電性能差以至難以滿足光電子器件應用的要求的問題，提供一種Li摻雜生長p型透明導電Ni_1-xMg_xO晶體薄膜的方法。

本發明的上述目的，通過以下技術方案得以實現。

一種Li摻雜生長p型透明導電Ni_1-xMg_xO晶體薄膜的方法，其所述方法采用脈沖激光沉積法，其方法步驟如下：

1）稱量純NiO、純MgO和純Li₂CO₃粉末，其中Mg的摩爾百分含量x為0<x<40，Li的摩爾百分含量y為0<y<10%，將上述粉末球磨混合均勻后壓制成型，在800?°C預燒結1小時以上，再在1100~1200?°C燒結4小時以上，制得摻Li的Ni_1-xMg_xO陶瓷靶材；?

2）將步驟1)制得的陶瓷靶和用丙酮、乙醇和去離子水依次超聲清洗并用氮氣吹干后的襯底放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，靶材與襯底之間的距離為4~6?cm，生長室背底真空度抽至10^-4?Pa，襯底加熱使溫度保持為300~500?°C，以純O₂為生長氣氛，控制壓強為0.1~20?Pa，激光頻率為3~5?Hz，生長后冷卻至室溫，獲得Li摻雜p型透明導電Ni_1-xMg_xO晶體薄膜。

在上述技術方案中，進一步的附加技術特征在于：

其所獲得Li摻雜p型透明導電Ni_1-xMg_xO晶體薄膜在氧氣氣氛保護下原位退火30?min后緩慢冷卻至室溫。

其所述Li摻雜p型透明導電Ni_1-xMg_xO晶體薄膜的厚度為50~400?nm。

其所述襯底是硅、藍寶石、玻璃或石英。