一种n型氧化铜薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种η型氧化铜薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]氧化铜是一种非常重要的半导体材料，由于本征缺陷铜空位的存在，绝大多数氧化铜呈Ρ型导电。由于良好的电学和光学特性，加上低的材料成本、无毒等优点而受到越来越多的关注。一直以来氧化铜广泛应用于气敏、晶体管和光电仪器。氧化铜的带隙为1.2?1.9eV，非常适合做光伏材料，并且在理论上氧化铜ρ-η结太阳能电池的转换效率可以达到31%，所以在太阳能电池应用上也受到越来越多的关注。寻求能制备出η型氧化铜的方法对于氧化铜在电子和光电子器件应用方面具有非常重要的意义。
[0003]目前，氧化铜薄膜材料的制备方法主要有:磁控溅射、热蒸发、脉冲激光沉积(PLD)、化学浴沉积等。上述的这些方法中，虽然都能制备氧化铜薄膜材料，但还存在很多不足之处，例如:磁控溅射的沉积速率较小；热蒸发得到的薄膜对衬底的附着力小;化学浴沉积操作简单但是易引入杂质;脉冲激光沉积作为一种新型材料制备的方法，高能的激光可用于制备具有复杂成分和高熔点的薄膜，并且等离子体输送机制决定了这种技术制取的薄膜具有和靶材相近的化学成分，并且沉积速率高，但现有采用脉冲激光沉积法制备的氧化铜薄膜为Ρ型氧化铜薄膜。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于克服现有氧化铜薄膜制备方法的不足，提供一种操作简单，结晶性好，纯度高、重复性好且仅需要一步即可制备得到η型氧化铜薄膜的方法。
[0005]解决上述技术问题所采用的技术方案是:将衬底和氧化铜靶放入激光脉冲沉积设备的沉积室内，将沉积室抽真空至2X10—4Pa以下，加热衬底至500?700°C，打开氧气通气阀，向沉积室通入氧气，调节沉积室的压强为8?12Pa，然后用KrF准分子脉冲激光轰击氧化铜靶，在衬底上沉积氧化铜薄膜，脉冲激光的频率为3?8Hz，沉积时间为1?2小时，沉积结束后，自然冷却至室温，得到η型氧化铜薄膜。
[0006]上述的衬底与氧化铜革Ε的距离为4?8cm;所述的脉冲激光的能量模式为恒能模式，激光能量密度为150mJ/Plus;所述的衬底为单晶硅片、普通玻璃、石英玻璃、氧化铟锡导电玻璃、掺氟氧化锡导电玻璃中的任意一种。
[0007]本发明采用脉冲激光沉积法，通过改变沉积腔室的氧气压强和衬底温度，一步法在衬底上制备η型氧化铜薄膜。本发明操作简单，η型氧化铜结晶性好、纯度高，方法可重复性好。
【附图说明】
[0008]图1是实施例1制备的η型氧化铜薄膜的X射线衍射图。
[0009]图2是实施例1制备的η型氧化铜薄膜的XP_。
[0010]图3是实施例2制备的η型氧化铜薄膜的X射线衍射图。
[0011 ]图4是实施例3制备的η型氧化铜薄膜的X射线衍射图。
[0012]图5是实施例4制备的η型氧化铜薄膜的X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
[0014]实施例1
[0015]将普通玻璃衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗5分钟，用氮气吹干。称取2g氧化铜粉末(含量2 99.9%)，放于直径为2cm的金属模具中用压片机压靶，得到氧化铜靶。将清洗干净的普通玻璃衬底和氧化铜靶通过机械手传送至激光脉冲沉积设备的沉积室内，用机械栗和分子栗将沉积室抽真空至1X10—4Pa，调节玻璃衬底和氧化铜靶的距离为6cm，然后将玻璃衬底加热至500°C，接着打开氧气通气阀，向沉积室通入氧气，并打开质量流量计，控制氧气流量为18sccm，调节沉积室压强至8Pa。用波长为248nm的KrF准分子脉冲激光在能量密度为50mJ/Plus下进行光路调节，将光斑聚焦到氧化铜靶上，然后用波长为248nm的KrF准分子脉冲激光在能量密度为150mJ/Plus下轰击氧化铜靶，并同时旋转靶材和衬底，在玻璃衬底上沉积氧化铜薄膜，脉冲激光的频率为5Hz，能量模式为恒能模式，脉冲次数为18000次，沉积时间为2小时，沉积结束后，自然冷却至室温，得到厚度为230nm的η型氧化铜薄膜。
[0016]所制备的膜采用X-射线衍射仪和X射线光电子能谱分析仪进行表征，结果见图1?
2。由图1可见，所制备的氧化铜薄膜为单斜晶系结构，晶体在ΧΥΖ三个坐标轴方向上的晶胞参数分别为4.658nm、3.430nm和5.139nm;由图2可见，有振激峰，说明铜离子显示+2价，Cu2Pl/2与Cu2p2/3的能量差为19.9eV，说明该薄膜的物质为氧化铜。由霍尔效应测量仪测得该氧化铜薄膜的电子浓度为8.4\1015011—3、迀移率为1.90112/^、电阻率为4.5\ 102Ω.cm,且其霍尔系数为负，说明该薄膜为η型氧化铜薄膜。
[0017]实施例2
[0018]本实例中，调节沉积室压强至12Pa，其他步骤与实施例1相同，得到厚度为220nm的η型氧化铜薄膜(见图3)。由霍尔效应测量仪测得该氧化铜薄膜的电子浓度为5.5X1015cm-3、迀移率为l.0cmVVs、电阻率为7.9Χ102Ω.cm，且其霍尔系数为负，说明该薄膜为η型氧化铜薄膜。
[0019]实施例3
[0020]本实施例中，所用衬底为石英玻璃衬底，衬底加热温度为600°C，其他步骤与实施例1相同，得到厚度为250nm的η型氧化铜薄膜(见图4)。由霍尔效应测量仪测得该氧化铜薄膜的电子浓度为2.8X1015cm—3、迀移率为3.9cm2/Vs、电阻率为6.4Χ102Ω.cm，且其霍尔系数为负，说明该薄膜为η型氧化铜薄膜。
[0021 ] 实施例4
[0022]本实施例中，所用衬底为石英玻璃衬底，衬底加热温度为700°C，其他步骤与实施例1相同，得到厚度为275nm的η型氧化铜薄膜(见图5)。由霍尔效应测量仪测得该氧化铜薄膜的电子浓度为1.4X1015cm—3、迀移率为2.0cm2/Vs、电阻率为2.4Χ102Ω.cm，且其霍尔系数为负，说明该薄膜为η型氧化铜薄膜。
【主权项】
1.一种η型氧化铜薄膜的制备方法，其特征在于:将衬底和氧化铜靶放入激光脉冲沉积设备的沉积室内，将沉积室抽真空至2 X 10—4Pa以下，加热衬底至500?700°C，打开氧气通气阀，向沉积室通入氧气，调节沉积室的压强为8?12Pa，然后用KrF准分子脉冲激光轰击氧化铜靶，在衬底上沉积氧化铜薄膜，脉冲激光的频率为3?8Hz，沉积时间为1?2小时，沉积结束后，自然冷却至室温，得到η型氧化铜薄膜。2.根据权利要求1所述的η型氧化铜薄膜的制备方法，其特征在于:所述的衬底与氧化铜革G的距离为4?8cm。3.根据权利要求1所述的η型氧化铜薄膜的制备方法，其特征在于:所述的脉冲激光的能量模式为恒能模式，激光能量密度为150mJ/Plus。4.根据权利要求1?3任意一项所述的η型氧化铜薄膜的制备方法，其特征在于:所述的衬底为单晶硅片、普通玻璃、石英玻璃、氧化铟锡导电玻璃、掺氟氧化锡导电玻璃中的任意一种。
【专利摘要】本发明公开了一种n型氧化铜薄膜的制备方法，该方法采用脉冲激光沉积技术，通过调整沉积腔室的氧气压强为8～12Pa、衬底加热温度为500～700℃，一步即可在衬底上形成n型氧化铜薄膜。本发明操作简单，所得n型氧化铜薄膜结晶性好、纯度高，且该方法重复性好。
【IPC分类】C23C14/08, C23C14/28
【公开号】CN105463373
【申请号】CN201511027613
【发明人】高斐, 胡西红, 向玉春, 王皓石, 郑逍遥, 武慧君, 姜杰轩, 李娟
【申请人】陕西师范大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月31日