一种整流二极管薄膜器件及其制备方法与流程

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种整流二极管薄膜器件及其制备方法。

背景技术：

整流二极管属于半导体材料，具有单向导电性，能将交流电转化为直流电，被广泛应用于各个领域，如汽车领域、太阳能行业，家用电子领域等，可以说，几乎所有带电源的电子部件都用到整流二极管，在半导体器件领域占有不可或缺的地位。

但是，目前常用的整流二极管与目前集成电路的主流工艺cmos工艺不兼容，如目前常用的肖特基二极管，与cmos工艺不兼容，无法与其他cmos电路单片集成，给集成电路的大规模生产带来了很大的困扰。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种整流二极管薄膜器件及其制备方法，本发明中的整流二极管薄膜器件能够很好的与cmos工艺兼容。

本发明提供一种整流二极管薄膜器件，包括基底、复合在基底上的氧化物薄膜、设置在基底上的底电极和设置在所述氧化物薄膜上的顶电极；

所述氧化物薄膜为hf0.5zr0.5o2薄膜。

优选的，所述基底选自si、ito导电玻璃、fto导电玻璃、砷化镓、pt/ti/sio2/si、srtio3:nb和ito/pet中的一种或几种。

优选的，所述顶电极为pt、au、ag、w、al、ti、tin中的一种或几种。

优选的，所述底电极为pt、au、ag、w、al、ti、tin中的一种或几种。

本发明提供一种整流二极管薄膜器件的制备方法，包括以下步骤：

a)将hf0.5zr0.5o2前驱液涂覆在基底表面，烘干后得到镀有hf0.5zr0.5o2前驱膜的基底；

b)将镀有hf0.5zr0.5o2前驱膜的基底在450～500℃下退火10～20min，得到镀有氧化物薄膜的基底；

c)在所述氧化物薄膜表面镀顶电极，在所述基底上镀底电极，得到具有二极管效应的薄膜器件。

优选的，所述hf0.5zr0.5o2前驱液按照以下步骤制得：

将hfcl4溶于无水乙醇中，30～50℃下一边搅拌一边加入稀盐酸，直至完全溶于乙醇，之后继续搅拌2～5小时，得到hfo2前驱液；

将zro4c16h36溶于乙酰丙酮中，30～50℃搅拌2～5小时至充分溶解，得到zro2前驱液；

将hfo2前驱液滴加至zro2前驱液中，在50～70℃下搅拌2～5小时，用乙酰丙酮调节溶液的浓度为0.1～0.3mol/l，得到hf0.5zr0.5o2前驱液。

优选的，所述涂覆为旋转涂覆，具体为：

先以500～1000r/min的转速旋涂15～30s，然后以2000～3000r/min的转速旋转15～20s。

优选的，所述烘干包括以下步骤：

先在180℃下烘干10～30min，然后在以300℃烘干30～60min，得到镀有hf0.5zr0.5o2前驱膜的基底。

优选的，所述退火的气氛为空气气氛、氧气气氛或氮气气氛。

优选的，所述步骤a)和b)之间还包括以下步骤：

采用烯的氢氟酸将hf0.5zr0.5o2前驱膜擦去一角，露出部分基底。

本发明提供一种整流二极管薄膜器件，包括基底、复合在基底上的氧化物薄膜、设置在基底上的底电极和设置在所述氧化物薄膜上的顶电极；所述氧化物薄膜为hf0.5zr0.5o2薄膜。本发明中的hf0.5zr0.5o2薄膜器件具有明显的二极管效应，并且与cmos工艺具有良好的兼容性，有利于开展大规模工艺生产。

本发明还提供了一种整流二极管薄膜器件，本发明采用化学溶液沉积法制备hf0.5zr0.5o2薄膜，且相对其他二极管制备方法而言，本发明中的薄膜组分容易控制，制备方法简单，制备得到的薄膜器件整流特性明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中在获得的薄膜器件结构示意图；

图2为本发明实施例1中薄膜器件的i-v图；

图3为本发明实施例4中薄膜器件的i-v图。

具体实施方式

本发明提供了一种整流二极管薄膜器件，包括基底、复合在基底上的氧化物薄膜、设置在基底上的底电极和设置在所述氧化物薄膜上的顶电极；

所述氧化物薄膜为hf0.5zr0.5o2薄膜。

在本发明中，所述基底优选选自si、ito导电玻璃、fto导电玻璃、砷化镓、pt/ti/sio2/si、srtio3:nb和ito/pet中的一种或几种；所述顶电极优选为pt、au、ag、w、al、ti、tin中的一种或几种；所述底电极优选为pt、au、ag、w、al、ti、tin中的一种或几种。本发明中对所述基底、顶电极和底电极的厚度和尺寸没有特殊的限制，所述氧化物薄膜的尺寸优选小于基地的尺寸，以便在基底上留出足够的位置设置底电极。

本发明还提供了一种整流二极管薄膜器件的制备方法，包括以下步骤：

a)将hf0.5zr0.5o2前驱液涂覆在基底表面，烘干后得到镀有hf0.5zr0.5o2前驱膜的基底；

b)将镀有hf0.5zr0.5o2前驱膜的基底在450～500℃下退火10～20min，得到镀有氧化物薄膜的基底；

c)在所述氧化物薄膜表面镀顶电极，在所述基底上镀底电极，得到具有二极管效应的薄膜器件。

首先，本发明按照以下步骤配制hf0.5zr0.5o2前驱液：

本发明以氯化铪hfcl4(99.5％)作为原料；无水乙醇作为溶剂。首先是根据化学计量比将氯化铪hfcl4(99.5％)溶于无水乙醇中，30～50℃下一边搅拌一边加入稀盐酸，防止hfcl4水解，直至完全溶于乙醇为止，之后继续搅拌2～5小时，最终形成hfo2前驱液。

用正丁醇锆zro4c16h36(80％)作为原料；乙酰丙酮作为溶剂。根据化学计量比将正丁醇锆zro4c16h36(80％)溶于乙酰丙酮中，30～50℃搅拌2～5小时至充分溶解，最终形成zro2前驱液。

将hfo2前驱液滴加至zro2前驱液中，在50～70℃下搅拌2～5小时，用乙酰丙酮调节溶液的浓度为0.1～0.3mol/l，得到hf0.5zr0.5o2(hzo)前驱液。

得到hf0.5zr0.5o2前驱液后，本发明采用旋涂工艺将hf0.5zr0.5o2前驱液涂覆在基底表面，烘干后得到镀有hf0.5zr0.5o2前驱膜的基底。

本发明优选采用稀的氢氟酸擦拭表面以除去si片表面的sio2，再将所述hf0.5zr0.5o2前驱液逐滴滴加到实现清洗好的基底上，然后将其放在匀胶机上进行旋涂，先以500～1000r/min的转速低速旋涂15～30s，然后再以2000～3000r/min的转速保持15～20s，完成涂覆。

然后将涂覆好的湿膜放在加热台上进行烘干，所述烘干的过程具体为：先在180℃下烘干10～30min以去除湿膜中的水分，然后在以300℃进行烤胶30～60min，使膜中的有机物分解，得到镀有hf0.5zr0.5o2前驱膜的基底。

本发明优选涂覆2～3次hf0.5zr0.5o2前驱液，以得到所需厚度的前驱膜，每涂覆一层，便按照上述烘干工艺烘干一次，直至得到所需厚度的前驱膜。

本发明优选采用烯的氢氟酸擦去hf0.5zr0.5o2前驱膜的一角，以便露出部分基底来镀底电极。

得到所述镀有hf0.5zr0.5o2前驱膜的基底后，本发明将其在快速退火炉中进行退火，得到镀有氧化物薄膜的基底。所述退火的温度为450～500℃；所述退火的时间为10～20min；所述退火的气氛优选为空气气氛、氧气气氛或氮气气氛。

完成退火后，本发明优选采用模板掩盖法，将退火得到的氧化物薄膜的表面溅射一层直径为0.5mm的顶电极，在露出的导电薄膜表面镀上底电极，所述底电极和顶电极的材质与上文中底电极和顶电极的材质一致，在此不再赘述。

本发明提供一种整流二极管薄膜器件，包括基底、复合在基底上的氧化物薄膜、设置在基底上的底电极和设置在所述氧化物薄膜上的顶电极；所述氧化物薄膜为hf0.5zr0.5o2薄膜。本发明中的hf0.5zr0.5o2薄膜器件具有明显的二极管效应，并且与cmos工艺具有良好的兼容性，有利于开展大规模工艺生产。

本发明还提供了一种整流二极管薄膜器件，本发明采用化学溶液沉积法制备hf0.5zr0.5o2薄膜，且相对其他二极管制备方法而言，本发明中的薄膜组分容易控制，制备方法简单，制备得到的薄膜器件整流特性明显。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种整流二极管薄膜器件及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

利用化学溶液沉积法制备hf0.5zr0.5o2(hzo)氧化物薄膜器件：

以氯化铪hfcl4(99.5％)作为原料；无水乙醇作为溶剂。首先是根据化学计量比将氯化铪hfcl4(99.5％)溶于无水乙醇中，30℃下一边搅拌一边加入稀盐酸，防止hfcl4水解，直至完全溶于乙醇为止，之后继续搅拌2小时，最终形成hfo2前驱液。

用正丁醇锆zro4c16h36(80％)作为原料；乙酰丙酮作为溶剂。根据化学计量比将正丁醇锆zro4c16h36(80％)溶于乙酰丙酮中，30℃搅拌2小时至充分溶解，最终形成zro2前驱液。

将hfo2前驱液滴加至zro2前驱液中，在70℃下搅拌2小时，用乙酰丙酮调节溶液的浓度为0.3mol/l，得到hf0.5zr0.5o2(hzo)前驱液。

将hf0.5zr0.5o2(hzo)前驱液旋转涂覆于硅片上，在匀胶机上低速800r/min，旋涂30s，随后3000r/min旋转保持20s，每涂覆一层，将湿膜在加热台上180℃下烘30min以除去膜中的水分，300℃烤胶60min以使膜中的有机物分解，如此重复2次，得到所需厚度的前驱膜。然后用烯的氢氟酸擦去前驱膜的一角，露出一部分硅片，最后将其在500℃下采用空气氛围退火20min。得到氧化物薄膜。

采用模板掩盖法在氧化物薄膜上溅射一层直径0.5mm的金作为顶电极，在裸露的硅片一角表面镀金作为底电极，得到整流二极管薄膜器件。

得到的薄膜器件结构如图1所示，图1为本发明实施例1中在获得的薄膜器件结构示意图。从图1中可以看到此薄膜器件制作简单方便，只需在si片上镀得hzo薄膜即可，便于大规模生产。

本发明对本实施例得到的薄膜器件进行i-v测试，结果如图2所示，图2为本发明实施例1中薄膜器件的i-v图，由图2可以看出，本实施例中的薄膜器件单向导电，具有二极管效应，整流特性显著。

实施例2～3

按照实施例1中的制备方法制备得到薄膜器件，不同的是，分别以氧气和氮气为退火气氛。

本发明对实施例2和实施例3得到的薄膜器件同样也进行了i-v测试，均具有二极管效应，整流特性显著。

实施例4

按照实施例1中的方法配制得到hfo2和zro2前驱液；

在50℃的环境下搅拌两个小时，用乙酰丙酮调节溶液的浓度为0.2mol/l，得到成hf0.5zr0.5o2(hzo)前驱液。

将hf0.5zr0.5o2(hzo)前驱液旋转涂覆于fto导电玻璃上，在匀胶机上低速500r/min，旋涂15s，随后2000r/min旋转保持15s，每涂覆一层，将湿膜在加热台上180℃烘10min以除去膜中的水分，300℃烤胶30min以使膜中的有机物分解，如此重复3次，得到所需厚度的前驱膜。然后用烯的氢氟酸擦去前驱膜的一角，露出一部分fto导电玻璃，最后在450℃下采用空气气氛退火10min。得到氧化物薄膜。

采用模板掩盖法在氧化物薄膜上溅射一层直径0.5mm的金作为顶电极，在裸露的硅片一角表面镀金作为底电极，得到整流二极管薄膜器件。

本发明对本实施例得到的薄膜器件进行i-v测试，结果如图3所示，图3为本发明实施例4中薄膜器件的i-v图。由图3可以看出，本实施例中的薄膜器件单向导电，具有二极管效应，整流特性显著。

实施例5～6

按照实施例4中的制备方法制备得到薄膜器件，不同的是，分别以氧气和氮气为退火气氛。

本发明对实施例5和实施例6得到的薄膜器件同样也进行了i-v测试，均具有二极管效应，整流特性显著。

实施例7～9

按照实施例4的方法配制得到hf0.5zr0.5o2(hzo)前驱液；

将hf0.5zr0.5o2(hzo)前驱液旋转涂覆于ito导电玻璃上，在匀胶机上低速500r/min，旋涂15s，随后2000r/min旋转保持15s，每涂覆一层，将湿膜在加热台上180℃烘10min以除去膜中的水分，300℃烤胶30min以使膜中的有机物分解，如此重复3次，得到所需厚度的前驱膜。然后用烯的氢氟酸擦去前驱膜的一角，露出一部分ito导电玻璃，最后在450℃下分别采用空气氛围、氧气氛围和氮气氛围退火10min，得到氧化物薄膜。

本发明对实施例7～9得到的薄膜器件同样也进行了i-v测试，实施例7～9得到的薄膜器件均具有二极管效应，整流特性显著。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。