[發明專利]一種半導體器件中鈣鈦礦薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 202111133427.5
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113871556B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 徐寵恩;田順;連亞霄;狄大衛;趙保丹
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L51/56
• 分類號: H01L51/56;H01L51/54;C07C257/12;C07C213/00;C07C217/58
• 代理公司: 上海佰特專利代理事務所(普通合伙) 31464
• 代理人: 張彥敏

本發明涉及半導體器件中鈣鈦礦薄膜的制備方法，涉及半導體器件，包括提供一半導體襯底，半導體襯底上形成有界面層；提供鈣鈦礦前驅體溶液，其中鈣鈦礦前驅體溶液為在CsPbBr₃基礎上添加了A位陽離子和/或有機陽離子分子形成的溶液，并采用所述鈣鈦礦前驅體溶液在界面層上直接形成一層鈣鈦礦薄膜層，以實現高平整與低針孔的鈣鈦礦薄膜，進而提高光電器件的性能。

技術領域

本發明涉及半導體技術，尤其涉及一種半導體器件中鈣鈦礦薄膜的制備方法。

背景技術

隨著半導體技術的發展，對其基本元器件的小型化、集成化和低功耗程度要求越來越高，同時對半導體器件性能的要求也越來越嚴格。傳統的III-V族半導體材料因其外延生長需要高溫摻雜以產生PN結，但由于其生長基底與外延材料晶格常數不匹配，在高溫摻雜過程中存在會因晶格失配而導致外延片發光波長發生偏移的問題。

近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦作為一個低成本和可溶液法制備的新興半導體材料其性能與III-V族材料相似，表現出了優異的光電性能，如帶隙可調、熒光量子產率高、離子遷移距離長和發光帶隙窄等特點。在半導體器件如發光二極管、太陽能電池和X射線探測器等領域展現了替代傳統半導體材料的潛力，具有重要的商業應用前景。然而，鈣鈦礦前驅體溶液的組分，會直接影響其在半導體襯底或傳輸層表面制備出的鈣鈦礦薄膜形貌，如薄膜表面出現針孔或島狀結構。當薄膜表面出現針孔或島狀結構時，這些大量的缺陷作為非輻射復合中心，在高電壓驅動下會降低器件的外量子效率和穩定性，進而影響鈣鈦礦光電器件的性能。

目前制備高平整和低針孔的鈣鈦礦薄膜技術包括幾種，如通過旋轉涂抹法，在鈣鈦礦晶體生長的同時，滴加反溶劑促進晶粒析出，并制備表面平整的鈣鈦礦薄膜，但通常使用的反溶劑對起到鈍化作用的短鏈A位陽離子也具備一定的溶解性；如通過刮涂法制備鈣鈦礦薄膜，但刮涂法前驅體溶液的原料用量較大，工藝優化成本較高；另一種是采用化學氣相沉積法制備鈣鈦礦薄膜，存在需要高真空蒸鍍的設備、且退火時間長的特點。如上所述，目前的制備方法均存在一定的優缺點。

針對旋轉涂抹法中，由于制備鈣鈦礦薄膜的前驅體溶液具有一定流變性能和表面張力的特性，如何在不同導電襯底、電子/空穴傳輸層甚至是微米溝槽內制備高平整且無針孔的鈣鈦礦薄膜，并將其應用于制備高效率的鈣鈦礦發光二極管與光電器件仍面臨諸多技術問題。

綜上所述，如何通過低成本和簡單工藝制備高平整度且低針孔的鈣鈦礦薄膜，并應用其制備高性能的鈣鈦礦發光二極管與光電器件等，以滿足市場的迫切需要，已成為業界未來發展的技術方向。

發明內容

本申請在于提供一種半導體器件中鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括：S1：提供一半導體襯底，半導體襯底上形成有界面層；以及S2：提供鈣鈦礦前驅體溶液，其中鈣鈦礦前驅體溶液為在CsPbBr₃基礎上添加了A位陽離子和/或有機陽離子分子形成的溶液，并采用所述鈣鈦礦前驅體溶液直接在界面層上形成一層鈣鈦礦薄膜層。

更進一步的，所述有機陽離子分子為短鏈有機陽離子分子。

更進一步的，步驟S2中的鈣鈦礦前驅體溶液為在CsPbBr₃基礎上添加了A位陽離子和/或有機陽離子分子形成的溶液為：

在CsPbBr₃基礎上添加A位陽離子甲脒氫溴酸鹽(FABr)，形成鈣鈦礦前驅體溶液Cs_xFA_1-xPbBr₃(CFPB)。

更進一步的，添加的A位陽離子甲脒氫溴酸鹽(FABr)與基礎的CsPbBr₃的摩爾比為n_FABr：n_CsPbBr3＝1:6.25。

更進一步的，步驟S2中的鈣鈦礦前驅體溶液為在CsPbBr₃基礎上添加了A位陽離子和/或有機陽離子分子形成的溶液為：