[發(fā)明專利]一種高遷移率鈮摻雜氧化錫單晶薄膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710551026.9
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107419333B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 欒彩娜;馬瑾;何林安
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學
• 主分類號: C30B29/16
• 分類號: C30B29/16;C30B25/18;H01L21/365;H01L31/18;H01L31/0224;H01L33/42
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發(fā)明涉及一種高遷移率鈮摻雜氧化錫單晶薄膜的制備方法。該方法包括采用MOCVD法，以四乙基錫和乙醇鈮為金屬有機源，以氧氣為氧化氣體，氮氣作為載氣，在真空條件下在氟化鎂襯底上生長鈮摻雜氧化錫單晶薄膜。該氧化錫薄膜是具有單晶結(jié)構(gòu)的外延材料，薄膜內(nèi)無孿晶和疇結(jié)構(gòu)，鈮摻雜氧化錫薄膜的載流子遷移率高達83.8cm²V^?1s^?1，在可見光區(qū)的平均透過率達83％。用于制備透明半導(dǎo)體器件或紫外光電子器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高遷移率鈮摻雜氧化錫單晶薄膜的制備方法，屬于半導(dǎo)體光電子材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氧化錫(SnO₂)是一種具有直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料。與氮化鎵(GaN，Eg～3.4eV)和氧化鋅(ZnO，Eg～3.37eV，激子束縛能為～60meV)相比較，氧化錫材料不僅具有更寬的帶隙和更高的激子束縛能(室溫下分別是～3.7eV和～130meV)，而且具有制備溫度低、物理化學性能穩(wěn)定等優(yōu)點。迄今為止，對氧化錫的研究主要集中在透明導(dǎo)電和氣敏性質(zhì)及納米材料性質(zhì)等方面。目前氧化錫薄膜材料主要應(yīng)用于薄膜太陽能電池和發(fā)光器件的透明電極以及氣敏傳感器等。

SnO₂薄膜常見的制備方法有:磁控濺射法、噴霧熱解法、脈沖激光沉積法(PLD)、化學氣相沉積法(CVD)、溶膠凝膠法(solgel)等。其中，常壓化學氣相淀積(APCVD)和磁控濺射等傳統(tǒng)方法制備的氧化錫薄膜一般為多晶結(jié)構(gòu)，薄膜的缺陷較多，結(jié)晶質(zhì)量差，影響薄膜的電學和光學性質(zhì)，限制了其在光電材料器件領(lǐng)域的應(yīng)用。本征的氧化錫為n型半導(dǎo)體材料，并且存在自補償作用，因此常規(guī)方法制備的氧化錫多晶薄膜，即使通過摻雜也難以獲得性能優(yōu)良并且穩(wěn)定的P型氧化錫薄膜材料。Suzuki等人采用脈沖激光沉積法(PLD)生長了Nb摻雜SnO₂薄膜(參見Applied Physics Express 5(2012)011103)，所得薄膜為多晶結(jié)構(gòu)，霍爾遷移率最高為26cm²V^-1s^-1，遷移率比較低，無法滿足市場的需要。

另一方面，氧化錫單晶薄膜的外延生長首先要考慮的是襯底材料，氧化錫單晶薄膜需要與氧化錫晶格相匹配的襯底材料，目前使用最普遍的玻璃襯底、藍寶石襯底和硅襯底材料不能滿足氧化錫晶格匹配要求，這些襯底材料普遍存在晶格失配和熱應(yīng)力失配等問題，這會在外延層中產(chǎn)生大量缺陷，很難得到大面積的氧化錫單晶薄膜。

高質(zhì)量的氧化錫外延薄膜材料是制備透明和紫外光電子器件的重要材料?，F(xiàn)有技術(shù)條件下制備的SnO₂薄膜材料難以達到器件應(yīng)用的標準，主要原因是傳統(tǒng)的制備技術(shù)難以得到具有高遷移率、低缺陷密度的單晶SnO₂摻雜薄膜材料，嚴重影響了材料的電學性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高遷移率鈮摻雜氧化錫單晶薄膜的制備方法。

術(shù)語解釋：

MOCVD：有機金屬化學氣相淀積。

Nb摻雜比：Nb原子占Nb和Sn原子之和的百分比，Nb/(Nb+Sn)，原子比的簡寫為：％atm。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種鈮摻雜氧化錫單晶薄膜的制備方法，采用有機金屬化學氣相淀積(MOCVD)法，以四乙基錫(Sn(C₂H₅)₄)為有機金屬Sn源，乙醇鈮(Nb(C₂H₅O)₅)為有機金屬Nb源，用氧氣作為氧化氣體，用氮氣作為載氣，在氟化鎂襯底上外延生長鈮摻雜氧化錫單晶薄膜，其中，Nb摻雜比為1.6～9％atm。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述鈮摻雜氧化錫單晶薄膜的制備方法，其工藝條件如下：