专利名称：一种p型或n型氧化锌薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明属于功能材料技术领域，涉及一种低电阻率，高载流子浓度的氧化锌薄膜材料及其制备方法。
背景技术：
随着宽禁带半导体技术的蓬勃发展，氧化锌功能薄膜越来越受到人们的关注。这主要是因为其在光学、电学方面都具有自身独特的性质。而由于氧化锌自身的自补偿效应，常态氧化锌薄膜呈n型，因此，一直以来，吸引众多科学工作者利用各种方法制备p-型氧化锌薄膜。
发明内容
本发明目的是提出一种无掺杂p型/n型氧化锌薄膜及其制备方法。要求改种薄膜具有高载流子浓度，低电阻率，厚度均匀可控，以满足工业应用于研究的需要。
本发明提出的非掺杂p型/n型氧化锌薄膜，由下述方法获得将一定大小的基底放入一水平放置的石英管中，加热至设定温度(350-550℃)，再将装有锌源的陶瓷舟推入此石英管中，加热使其蒸发，并通入载运气体，将蒸气输运至基底，沉积，在基底上得到氧化锌薄膜。其中，基底为硅片，锌源为醋酸锌，载运气体为空气。该薄膜为氧化锌透明多晶薄膜，具有六方纤锌矿/红锌矿结构，厚度为100～1500nm，电阻率低达到10-2Ωcm，p型薄膜载流子浓度可高达1018cm-3，n型薄膜载流子浓度可高达1019cm-3，该薄膜是一种高载流子浓度，低电阻率厚度较均匀的薄膜。我们做了7个不同温度下的试验，下表是所得到的氧化锌薄膜的电学性质。
表1 不同温度下氧化锌薄膜的电学性质
下面进一步介绍制备步骤1、加热基底至设定温度将硅基底放入水平放置的石英管中加热至设定温度(350℃～550℃)，并达到热平衡，加热是通过缠绕在石英管外侧的电阻丝实现，通过电压调节控制温度高低。
2、锌源的蒸发和输运将研磨好的醋酸锌粉末装入陶瓷舟中，推入石英管，保持温度高于醋酸锌的蒸发温度，使之很快便为蒸汽。
3、蒸汽的输运和沉积醋酸锌蒸汽通过载运气体(空气)，被输运到基底处，并在基底上沉积成膜。一般控制一过程为2～8min。
4、后处理将所得到的氧化锌薄膜立刻从石英管中取出，在空气中自然冷却。即可得到不同导电类型的氧化锌薄膜，导电类型取决于基底的温度(＞480℃，得到n型氧化锌薄膜；＜480℃，得到p型氧化锌薄膜)。
上述方法中，作为锌源的醋酸锌粉末离基底距离控制在3-10cm之间。制得薄膜厚度为100-1500nm，大小为(0.5～2)×(0.5～2)cm2。
具体实施例方式
实施例1，采用醋酸锌为锌源，对于p型氧化锌薄膜的制备，其合成步骤如下取一片1.8×1.8cm硅片，首先用丙酮清洁其表面，之后将其放入10％氢氟酸中，浸泡3分钟，取出，竖直放置于陶瓷舟上；将陶瓷舟推入水平放置的石英管中。并通过调节缠绕在石英管周围电阻丝的电压，加热，温度由紧贴在石英管上的热电偶读出。加热至450℃，并保持5分钟；推入装有500mg醋酸锌粉末的陶瓷舟，其与基底距离为8cm，并通入空气，作为载运气体，8分钟后，停止加载运气体，并且立刻取出硅片，在空气中自然冷却，其上附着了一层厚度约为1200nm的氧化锌薄膜，其为p型半导体薄膜，经检测，载流子浓度为2.37×1018cm-3，电阻率为4.5×10-2Ωcm。
实施例2，采用醋酸锌为锌源，对于n型氧化锌薄膜的制备，其合成步骤如下取一片2×2cm硅片，首先用丙酮清洁其表面，之后将其放入10％氢氟酸中，浸泡3分钟，取出，竖直放置于陶瓷舟上；将陶瓷舟推入水平放置的石英管中。并通过调节缠绕在石英管周围电阻丝的电压，加热，温度由紧贴在石英管上的热电偶读出。加热至510℃，并保持5分钟；推入装有500mg醋酸锌粉末的陶瓷舟，其与基底距离为4cm，并通入空气，作为载运气体，4分钟后，停止加载运气体，并且立刻取出硅片，在空气中自然冷却，其上附着了一层厚度约为1000nm的氧化锌薄膜，其为n型半导体薄膜，经检测，载流子浓度为6.0×1018cm-3，电阻率为9.4×10-2Ωcm。
权利要求
1.一种p型或n型宽禁带氧化锌薄膜，其特征在于为透明多晶，具有六方纤锌矿或红锌矿结构，厚度为100～1500nm，电阻率低达10-2Ωcm，p型薄膜载流子浓度高达1018cm-3，n型薄膜载流子浓度高达1019cm-3，并有下述制备方法获得将基底放入一水平放置的石英管中，加热至设定温度350-550℃，再将装有锌源的陶瓷舟推入此石英管中，使之蒸发，并通入载运气体，将蒸气疏运至基底，经过沉积过程，在基底上得到氧化锌薄膜；其中，基底为硅片，锌源为醋酸锌，载运气体为空气。
2.根据权利要求1所述的氧化锌薄膜，其特征在于大小为(0.5～2)×(0.5～2)cm2。
3.一种如权利要求1所述的氧化锌薄膜的制备方法，其特是首先将作为基底的硅片放入水平放置的石英管中，加热至设定温度350-550℃，再将装有作为锌源的醋酸锌粉末的陶瓷舟推入该石英管中，加热使其蒸发，并通入载运气体，将输运至基底上沉积，得到氧化锌薄膜。
4.根据权利要求3所述的氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于沉积时间控制在2min～8min之间。
5.根据权利要求3所述的氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于作为锌源的醋酸锌粉末距离基底的距离保持在3cm～10cm之间。
6.根据权利要求3所述的氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于控制基底温度＞480℃，得到n型氧化锌薄膜，控制基底温度＜480℃，得到p型氧化锌薄膜。
全文摘要
本发明属功能材料技术领域，具体为一种p型/n型氧化锌薄膜及其制备方法。该薄膜的制备过程是采用硅(100)作为基底，将其在一水平放置的石英管中加热到设定温度，在将盛有醋酸锌的陶瓷舟推入石英管加热，使其挥发分解，利用空气作为载运气体，将醋酸锌蒸汽输运至硅基底，使其分解沉积成膜。此方法制备的ZnO薄膜具有高载流子浓度，低电阻率特性，且可以通过温度控制，选择制备p型或n型薄膜。
文档编号H01L31/0264GK1812134SQ200510111068
公开日2006年8月2日 申请日期2005年12月1日 优先权日2005年12月1日
发明者王云涛, 张昕, 吴晓京 申请人:复旦大学