[發(fā)明專利]一種p型透明導(dǎo)電氧化物及其摻雜非晶薄膜的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310075171.6
• 申請(qǐng)日: 2013-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN103173732A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢曉昉;黃欽;王柳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體薄膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有p型導(dǎo)電特性、高電導(dǎo)率、高載流子濃度、高遷移率的非晶透明氧化物及其摻雜非晶薄膜的制備技術(shù)。

背景技術(shù)

非晶氧化物半導(dǎo)體（Amorphous?Oxide?Semiconductor,AOS）薄膜是一類應(yīng)用比較獨(dú)特的半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用于柔性微電子器件制備和生產(chǎn)。這類器件要求薄膜材料易彎折、重量輕、抗震性好以及價(jià)格便宜。柔性微電子器件是未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要領(lǐng)域，是諸如超大高分辨電子顯示器、個(gè)人可穿戴電腦系統(tǒng)和紙質(zhì)顯示器等最頂尖信息系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。非晶氧化物半導(dǎo)體材料中最典型的是非晶In-Ga-Zn-O體系（α-InGaZnO），其具有良好的室溫n型導(dǎo)電性能，被認(rèn)為是可以廣泛應(yīng)用在透明器件、柔性器件、特殊平板顯示及太陽(yáng)能電等諸多領(lǐng)域。

在柔性透明器件的制備中，薄膜晶體管（TFTs）是基礎(chǔ)和關(guān)鍵器件，要求半導(dǎo)體薄膜材料具有高的遷移率，易于低溫制備，成本低廉。另外在透明“智能”器件中制備透明薄膜PN結(jié)是關(guān)鍵技術(shù)，需要導(dǎo)電性能可良好匹配的n型和p型透明薄膜材料。現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)室溫p型透明導(dǎo)電的非晶氧化物薄膜難以制備，室溫導(dǎo)電性能難以與n型半導(dǎo)體材料相當(dāng)。研發(fā)p型透明導(dǎo)電的非晶氧化物薄膜材料在研究和應(yīng)用透明微電子器件中有非常重要的意義和價(jià)值。氧化亞銅（Cu₂O）及其摻雜體系被認(rèn)為是應(yīng)用潛力巨大的p型透明導(dǎo)電半導(dǎo)體材料。氧化亞銅具有特殊的反螢石晶體結(jié)構(gòu)，其晶體結(jié)構(gòu)中存在Cu-O-Cu的高度對(duì)稱空間網(wǎng)狀化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)，在室溫下穩(wěn)定存在一定量的Cu空位（Cu?vacancies）在其結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致室溫即表現(xiàn)出p型導(dǎo)電特性。制備出氧化亞銅及其摻雜體系的p型非晶透明導(dǎo)電薄膜研究在非晶氧化物半導(dǎo)體薄膜研究中有重要意義和價(jià)值。

磁控濺射技術(shù)是一種典型的物理氣相沉積方法，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于科研和工業(yè)生產(chǎn)之中，用于制備包括金屬、合金、半導(dǎo)體、氟化物、氧化物、硫化物、硒化物和III-V主族、II-VI主族元素的化合物薄膜等。其中反應(yīng)磁控濺射，由于其制備過(guò)程簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)可控性強(qiáng)，特別適合各種結(jié)構(gòu)的氮化物、氧化物及硫化物等化合物薄膜的制備。在反應(yīng)磁控濺射中，可以通過(guò)控制工藝來(lái)調(diào)整薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，控制缺陷、晶體取向及應(yīng)力分布等。反應(yīng)磁控濺射技術(shù)制備成本低廉，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有p型透明導(dǎo)電氧化物及其摻雜氧化物非晶薄膜制備困難，并且室溫導(dǎo)電性差，空穴載流子濃度低問(wèn)題，提供了一種制備高導(dǎo)電性p型透明導(dǎo)電氧化物非晶薄膜的方法。采用反應(yīng)磁控濺射方法，控制工藝參數(shù)，可制備出空穴載流子濃度和遷移率相對(duì)比于結(jié)晶氧化物薄膜同時(shí)提高的非晶薄膜。Ag摻雜氧化亞銅（Cu₂O）非晶透明薄膜其室溫p型導(dǎo)電性能最佳，電阻率為0.04Ω·cm，空穴載流子濃度為1.85×10²¹cm^-3，遷移率為0.767cm²/V·s，透光率在40～60%。

本發(fā)明提供的反應(yīng)磁控濺射制備p型透明導(dǎo)電氧化物及其摻雜氧化物非晶薄膜方法，具體包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一：準(zhǔn)備基片，將基片先使用丙酮超聲清洗10min以上，吹干，再用乙醇溶液（分析醇）超聲清洗10min以上，吹干。所述的丙酮超聲清洗和乙醇溶液超聲清洗各洗一遍以上。

所述的基片為7095玻璃基片、石英基片、NaCl單晶基片或Si基片，基片的厚度為0.5～2mm。

步驟二：將基片固定在磁控濺射儀的樣品臺(tái)上，然后將樣品臺(tái)放入磁控濺射儀的真空室。

步驟三：將金屬靶（純度大于等于99.99%）放入真空室，固定在靶位上；如果需要摻雜金屬，或者在金屬靶表面貼上所需摻雜金屬片，如Cu靶上粘貼Ag片（純度大于等于99.99%）；或者采用合金靶。所述的金屬靶選擇的金屬可以是Cu、Ag、Pt等，所述的摻雜金屬可以是Ag、Al、In等。