专利名称：实现与p型ZnS准一维纳米材料欧姆接触的电极及其制备方法
技术领域：
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及与ρ型ZnS材料欧姆接触的电极及其制备方法。
背景技术：
自1991年Iijima合成纳米碳管以来，一维纳米材料由于其新颖的物理、化学和生物学特性以及在纳米器件中的潜在用途成为当今纳米技术的研究热点。而一维纳米材料大量、低成本和简单有效地合成与组装无论从基础研究的角度，还是从性能与应用的角度来看都有着特殊重要的意义。半导体纳米材料在光学、电学、磁学、纳电子学等方面具有潜在的应用价值，是近年来纳米材料科学的研究热点之一。硫化锌ZnS是最重要的II-VI族直接带隙半导体之一。ZnS禁带宽度为3. 7eV，具有压电、红外透明及良好的发光性能，在电子显示器件、紫外探测器、太阳能电池、红外窗口及激光和催化等众多领域中有广泛的应用。 一维ZnS纳米材料具有单晶的晶体质量，易于实现n、p型掺杂，并且具备因量子限域效应与尺寸效应而导致的诸多优异光、电特性，是构筑新一代纳米光电器件的理想材料体系之一。 但是，ZnS纳米材料具有低的电子亲和势和高表面态密度，由此导致的表面费米能级钉扎， 使得金属/半导体界面处总是存在很高的肖特基势垒，从而难以形成良好的欧姆接触，欧姆接触的问题严重制约了 ZnS纳米材料在纳米光电子器件中的应用。目前针对ρ型ZnS材料欧姆接触的研究并不多，相关的报道有^an GD等利用Au电极研究了 N掺杂ZnS纳米带电输运特性[G. D Yuan, W. J. Zhang, W. F Zhang, X. Fan, I. Bello, C. S Lee, S. T Lee, App 1. Phys. Lett. 93 (2008)，213102]，发现Au电极与N掺杂ZnS纳米带之间存在肖特基势垒，并非是良好的欧姆接触。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种实现与ρ型ZnS准一维纳米材料欧姆接触的电极及其制备方法，以期能够实现电极与P型ZnS准一维纳米材料之间良好的欧姆接触，使电极与ZnS材料接触电阻率小于ZnS纳米材料本身电阻率达5个量级。本发明为解决技术问题采用如下技术方案本发明实现与ρ型SiS准一维纳米材料欧姆接触的电极的特点是所述电极是以Cu 膜和A膜构成的Cu/A复合电极，所述A膜为Au膜、Ni膜或Pt膜，所述复合电极中与ρ型 ZnS材料相接触的是Cu膜，外层为A膜。所述Cu膜的厚度为1 10nm。本发明实现与ρ型ZnS准一维纳米材料欧姆接触的电极的制备方法的特点是通过电子束蒸发的方式首先在P型ZnS材料上形成Cu膜，再在Cu膜的表面形成A膜；所述电子束蒸发的工艺条件是真空度为10_3 10_5Pa，沉积速率为每秒0. 01 Inm0与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明采用复合电极，制备工艺简单，成熟可靠，易于控制，不需经过任何处理过程，如后退火等，能够直接与P型ZnS准一维纳米材料形成较好的欧姆接触。2、本发明以复合电极实现与P型ZnS准一维纳米材料欧姆接触的方法，解决了目前困扰ZnS准一维纳米材料在纳米电子器件与光电子器件中的应用的关键难题，为P型SiS 准一维纳米材料在半导体器件、光电子器件设计和应用中奠定了基础。
图1为实施例1中Ag掺杂ZnS纳米带四电极测试的器件SEM图；图2为实施例1中Ag掺杂ZnS纳米带伏安特性曲线曲线；图3为实施例1中基于Ag掺杂ZnS纳米带MESFET的输出特性曲线曲线；图4为实施例1中基于Ag掺杂ZnS纳米带MESFET转移特性曲线；图5为实施例2中Ag掺杂ZnS纳米带伏安特性曲线曲线；图6为实施例2中基于Ag掺杂ZnS纳米带MESFET的输出特性曲线曲线；图7为实施例2中基于Ag掺杂ZnS纳米带MESFET转移特性曲线；图8为实施例3中Ag掺杂ZnS纳米带伏安特性曲线曲线；图9为实施例3中基于Ag掺杂ZnS纳米带MESFET的输出特性曲线曲线；图10为实施例3中基于Ag掺杂SiS纳米带MESFET转移特性曲线；
具体实施例方式具体实施是以Cu膜和A膜构成的Cu/A复合电极，其中A膜为Au膜、Ni膜或Pt 膜，复合电极中与P型ZnS材料相接触的是Cu膜，外层为A膜，Cu膜的厚度为1 lOnm。 通过电子束蒸发的方式首先在P型ZnS材料上形成Cu膜，再在Cu膜的表面形成A膜；电子束蒸发的工艺条件是真空度为10_3 10_5Pa，沉积速率为每秒0. 01 lnm。实施例1通过化学气相沉积方法合成的Ag掺杂ZnS纳米带均勻分散在具有300nm厚SiO2 的η型重掺杂Si片上，均勻旋涂光刻胶，光刻出四电极电极图形，图1为器件SEM图。采用电子束蒸发方法，条件为真空度1 X 10 ,沉积速率为每秒0. Olnm,在光刻出的电极图形上首先沉积Inm厚的Cu膜，再沉积60nm厚Au膜，获得Cu/Au复合电极。利用KEITHLEY 4200半导体特性测试系统，通过两电极和四电极测试方法获得Ag掺杂ZnS纳米带伏安特性曲线如图2所示，从图2所示的曲线中可以看出两种方法测得纳米带电阻率基本相同，计算得电极与ZnS材料接触电阻率小于ZnS纳米材料本身电阻率达5个量级，表明Cu/Au复合电极与Ag掺杂ZnS纳米带形成良好的欧姆接触。本实施例中，Ag掺杂ZnS纳米带导电类型可通过以下方法证明。利用光刻方法将均勻分散在300nm厚SW2的η型重掺杂Si片上的Ag掺杂ZnS 纳米带分别刻出源漏电极和栅电极图形，利用电子束蒸发方法分别在源漏电极和栅电极电极图形上先后沉积Cu (lnm) /Au (60nm)复合电极和60nm厚Al电极，制备成MESFET，再利用 KEITHLEY 4200半导体特性测试系统表征单根Ag掺杂ZnS纳米带的电输运特性。图3为基于Ag掺杂SiS纳米带MESFET的输出特性曲线曲线，图4为基于Ag掺杂SiS纳米带MESFET 转移特性曲线，这两曲线可以说明Ag掺杂ZnS纳米带导电类型为ρ型。实施例2将通过化学气相沉积方法合成的Ag掺杂SiS纳米带均勻分散在具有300nm厚SW2 的η型重掺杂Si片上，均勻旋涂光刻胶，光刻出四电极电极图形。采用电子束蒸发方法，条件为真空度lX10_3Pa，沉积速率为每秒Inm在光刻出的电极图形上首先沉积IOnm厚Cu膜，再沉积60nm厚Au膜，获得Cu (IOnm) /Au (60nm)的复合电极。利用KEITHLEY 4200半导体特性测试系统，通过两电极和四电极测试方法获得Ag掺杂ZnS纳米带伏安特性曲线如图5所示，从图5所示的曲线中可以看出两种方法测得纳米带电阻率基本相同，计算得电极与ZnS材料接触电阻率小于ZnS纳米材料本身电阻率达5 个量级，这表明Cu/Au复合电极与Ag掺杂ZnS纳米带形成良好的欧姆接触。本实施例中，Ag掺杂ZnS纳米带导电类型可通过以下方法证明。利用光刻方法将均勻分散在300nm厚SW2的η型重掺杂Si片上的Ag掺杂ZnS纳米带分别刻出源漏电极和栅电极图形，利用电子束蒸发方法分别在源漏电极和栅电极电极图形上先后沉积Cu (IOnm)/Au (60nm)复合电极和60nm厚Al电极，制备成MESFET，再利用 KEITHLEY 4200半导体特性测试系统表征单根Ag掺杂ZnS纳米带的电输运特性。图6为基于Ag掺杂SiS纳米带MESFET的输出特性曲线曲线，图7为基于Ag掺杂SiS纳米带MESFET 转移特性曲线，这两曲线可以说明Ag掺杂ZnS纳米带导电类型为ρ型。实施例3将通过化学气相沉积方法合成的Ag掺杂SiS纳米带均勻分散在具有300nm厚SW2 的η型重掺杂Si片上，均勻旋涂光刻胶，光刻出四电极电极图形。采用电子束蒸发方法，条件为真空度1 X IO-4Pa,沉积速率为每秒0. 3nm在光刻出的电极图形先上沉积4nm厚Cu，再沉积60nm厚Au，获得Cu (4nm) /Au (60nm)复合电极。利用KEITHLEY 4200半导体特性测试系统，通过两电极和四电极测试方法获得Ag掺杂ZnS纳米带伏安特性曲线曲线，如图8所示，从曲线中可以看出两种方法测得纳米带电阻率基本相同，计算得电极与ZnS材料接触电阻率小于ZnS纳米材料本身电阻率达5个量级，这表明 Cu/Au复合电极与Ag掺杂ZnS纳米带形成良好的欧姆接触。本实施例中，Ag掺杂ZnS纳米带导电类型可通过以下方法证明。利用光刻方法将均勻分散在300nm厚SW2的η型重掺杂Si片上的Ag掺杂ZnS 纳米带分别刻出源漏电极和栅电极图形，利用电子束蒸发方法分别在源漏电极和栅电极电极图形上先后沉积Cu (4nm) /Au (60nm)复合电极和60nm厚Al电极，制备成MESFET，再利用 KEITHLEY 4200半导体特性测试系统表征单根Ag掺杂ZnS纳米带的电输运特性。图9为基于Ag掺杂SiS纳米带MESFET的输出特性曲线曲线，图10为基于Ag掺杂SiS纳米带MESFET 转移特性曲线，这两曲线可以说明Ag掺杂ZnS纳米带导电类型为ρ型。在实施例1、实施例2和实施例3中分别用Ni和Pt替代Au，获得了以上各实施例中相同的效果。
权利要求
1.一种实现与P型ZnS准一维纳米材料欧姆接触的电极，其特征是所述电极是以Cu膜和A膜构成的Cu/A复合电极，所述A膜为Au膜、Ni膜或Pt膜，所述复合电极中与ρ型ZnS 材料相接触的是Cu膜，外层为A膜。
2.根据权利要求1所述的实现与ρ型ZnS准一维纳米材料欧姆接触的电极，其特征是所述Cu膜的厚度为1 10nm。
3.—种权利要求1所述的实现与ρ型ZnS准一维纳米材料欧姆接触的电极的制备方法，其特征是通过电子束蒸发的方式首先在P型ZnS材料上形成Cu膜，再在Cu膜的表面形成A膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是所述电子束蒸发的工艺条件是真空度为Kr3 l(T5Pa，沉积速率为每秒0. 01 lnm。
全文摘要
本发明公开了一种实现与p型ZnS准一维纳米材料欧姆接触的电极及其制备方法，其特征是电极是以Cu膜和A膜构成的Cu/A复合电极，其中A膜为Au膜、Ni膜或Pt膜，复合电极中与p型ZnS材料相接触的是Cu膜，外层为A膜。通过电子束蒸发的方式首先在p型ZnS材料上形成Cu膜，再在Cu膜的表面形成A膜。本发明方法解决了金属电极与p型ZnS准一维纳米材料直接形成欧姆接触的问题，可用于p型ZnS准一维纳米材料相关器件制备与研究，电极制备方法简单，可靠，易于操作。
文档编号H01L21/44GK102544075SQ201010592449
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者于永强, 吴春艳, 揭建胜, 朱志峰, 王莉, 蒋阳 申请人:合肥工业大学