一种NiO:Cu/TiOx异质pn结二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Ni0:Cu/Ti0x异质pn结二极管。属于功能材料和光电子器件领域。
【背景技术】
[0002]强关联材料N1中含有的d(f)电子的内部自由度如自旋、电荷、轨道之间的相互作用，使得N1表现出许多奇异的性质，同时也使得材料的物性随着内部参数如温度、压强、掺杂的变化而发生显著改变。截止到目前，N1因其良好的催化性能、热敏性能而被应用于催化剂、电池电极、电化学电容器等领域的研究，对其光电特性的研究少见报道。半导体异质结易于实现光生电荷分离被广泛应用于薄膜电池等光电子器件的研制和开发。N1除了上述性质外，还是P型直接宽带隙半透明半导体材料，与间接带隙半导体材料相比，量子效率相对较高。室温下禁带宽度为3.0-4.0eV, 3d电子结构的d_d轨道跃迀，使其在可见光区域存在较弱吸收。我们通过N1基异质结形式研究新型光电子器件。P.Puspharajha等人采用喷雾热解法通过对N1掺入Li+使N1薄膜在可见光波段透光率达到90%，薄膜电阻下降到 I Ω.cm (见文献 P PUSPHARAJAH, S RADHAKRISHNA, A K AROF.Transparentconducting lithium-doped nickel oxide thin films by spray pyrolysis technique.Journal of Materials Science, 1997，32(11): 3001-3006) 0 但从长远考虑，Cu 金属更为常见，而且价格便宜。我们将Cu元素引入N1，制备Ni0:Cu基pn结二极管。于此同时，我们选用价格低廉的η型T1x作为pn结的另一端，从而实现N1: Cu/Ti0x异质pn结二极管。众所周知，T1x集多种功能于一身，而且在很多领域已被广泛应用。这种选择对于新型器件的开发有着重要意义，而目前对于N1: Cu/T1x异质结还未见报道。
【发明内容】
[0003]为提高传统的平面pn结二极管的性能，本发明提供了一种Ni0:Cu/Ti0x异质pn结二极管，制备的N1: Cu/Ti0x异质pn结二极管具有较高的反向击穿电压和大的正向电流密度。相对于传统的平面pn结二极管，该新型二极管的整流特性得到了提高。本发明的技术方案:Ni0:Cu/Ti0x异质pn结二极管，至少包括pn结和欧姆接触电极，所述pn结是由p型N1: Cu和η型T1x形成异质pn结。
[0004]上述N1:Cu/Ti0x异质pn结二极管的制备方法:用磁控派射工艺在Si衬底上制备N1:Cu薄膜以及T1x薄膜形成异质pn结；最后采用派射或热蒸发法在pn结上制作电极；其中，Ni0:Cu和T1x表面溅射或蒸发银，镍或铝或金电极。本发明采用直径为50mm的N1iCuO陶瓷靶，磁控溅射制备的N1:Cu薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,在此采用的相对氧分压O2/ (02+Ar) =0 % -100 %。溅射气压为0.5_2Pa，溅射功率100-200W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为20-120min，衬底温度为RT-600T或者后期退火温度从200°C至700°C时间为0.5至I个小时。本发明采用直径为50mm的T12陶瓷靶，磁控溅射制备的T1x薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,在此采用的相对氧分压O2/ (02+Ar) =0 % -100 %。溅射气压为0.5_2Pa，溅射功率50-200W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为20-120min，衬底温度为RT-600T或者后期退火温度从200°C至700°C时间为0.5至I个小时。
[0005]本发明利用P型N1:Cu薄膜与η型T1x薄膜形成了异质pn结二极管。通过对N1: Cu薄膜以及T1x薄膜制备等条件的控制、pn结结构的优化等，提高了异质pn结性能，充分发挥半导体N1: Cu在异质pn结应用方面的独到优势。
【附图说明】
[0006]图1为本发明N1:Cu/T1x异质pn结结构图
图2为本发明反映异质结整流特性的1-V曲线(实施例一)
图3为本发明反映异质结整流特性的1-V曲线(实施例二 )
图4为本发明反映异质结整流特性的1-V曲线(实施例三)。
【具体实施方式】
[0007]本发明N1:Cu/T1x异质pn结二极管，至少包括pn结和欧姆接触电极，所述pn结是在η型Si衬底上沉积Ni0:Cu/Ti0x形成异质pn结，见图1。其具体制备步骤如下:(I)采用半导体工艺中的清洗方法清洗硅片并用氮气吹干；(2)p-Ni0:Cu的制备:溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,采用的相对氧分压O2/ (02+Ar) =0 % -100 %，溅射气压为
0.5-2Pa，溅射功率100-200W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为20-120min，衬底温度为RT_600°C以及温度为200°C至700°C退火0.5至I个小时。(3) n-T1x的制备:溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,采用的相对氧分压O2/(02+Ar) =0 % -100 %，溅射气压为0.5-2Pa，溅射功率50-200W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为20-120min，衬底温度为RT_600°C以及温度为200°C至700°C退火0.5至I个小时。(4)电极的制备:采用热蒸发方法在N1 = Cu和T1x表面边缘制作Al电极。(5)测试用Keithley 2612A检测电极的欧姆接触特性和异质pn结二极管的1-V特性(整流特性)。
[0008]实施例一
(O采用半导体工艺中的清洗方法清洗硅片并用氮气吹干；(2) P-N1 = Cu的制备:采用直径为50mm的N1 = CuO陶瓷靶。磁控溅射制备的N1 = Cu薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,采用的相对氧分压O2/ (02+Ar) =30 %。溅射气压为2Pa，溅射功率150W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为40min，衬底温度为室温(RT room temperature)。(3)n_Ti0x的制备:采用直径为50mm的T12陶瓷革E。派射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,采用的相对氧分压02/(02+Ar)=0%，溅射气压为IPa，溅射功率100W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为60min，衬底温度为RT。(4)电极的制备:采用热蒸发方法在N1 = Cu和T1x表面边缘制作Al电极。(5)测试用Keithley 2612A检测电极的欧姆接触特性和异质pn结二极管的1-V特性(整流特性)，见图2。
[0009]实施例二
(I)采用半导体工艺中的清洗方法清洗硅片并用氮气吹干；(2)p-Ni0:Cu的制备:采用直径为50mm的N1:CuO陶瓷靶。磁控溅射制备的N1 = Cu薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,采用的相对氧分压O2/ (02+Ar) =30 %。溅射气压为2Pa，溅射功率150W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为40min，衬底温度为200°C。(3)n-T1x的制备:采用直径为50mm的1102陶瓷靶。溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,采用的相对氧分压O2/ (02+Ar) =0 %，溅射气压为IPa，溅射功率100W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为60min，衬底温度为RT。(4)电极的制备:采用热蒸发方法在N1 = Cu和T1x表面边缘制作Al电极。(5)测试用Keithley 2612A检测电极的欧姆接触特性和异质pn结二极管的1-V特性(整流特性)，见图3。
[0010]实施例三
(I)采用半导体工艺中的清洗方法清洗硅片并用氮气吹干；(2)p_Ni0:Cu的制备:采用直径为50mm的N1 = CuO陶瓷靶。磁控溅射制备的N1 = Cu薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,采用的相对氧分压O2/ (02+Ar) =30 %。溅射气压为2Pa，溅射功率150W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为40min，衬底温度为300°C。(3)n-T1x的制备:采用直径为50mm的1102陶瓷靶。溅射前的腔体本底真空度优于3x10 4Pa,采用的相对氧分压O2/ (02+Ar) =0 %，溅射气压为IPa，溅射功率100W。在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。镀膜时间均为60min，衬底温度为RT。(4)电极的制备:采用热蒸发方法在N1 = Cu和T1x表面边缘制作Al电极。(5)测试用Keithley 2612A检测电极的欧姆接触特性和异质pn结二极管的1-V特性(整流特性)，见图4。
【主权项】
1.一种N1:Cu/T1x异质pn结二极管，至少包括pn结和欧姆接触电极，其特征在于:所述pn结是由P型N1: Cu薄膜和η型T1x薄膜而得到的异质pn结。2.权利要求1所述Ni0:Cu/Ti0x异质pn结二极管的制备方法，其特征在于:用磁控派射工艺在Si衬底上制备N1: Cu薄膜和T1x薄膜形成异质pn结。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:本发明采用N1:CuO陶瓷靶，磁控溅射工艺制备N1 = Cu薄膜，在此采用氧分压02/(02+Ar) =0% -100%。4.溅射前的腔体本底真空度优于3x104Pa,溅射气压为0.5_2Pa，溅射功率为100-20015.镀膜时间均为20-120min，衬底温度从RT变化至600°C，退火温度从200 °ε变化至700oCo6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:本发明采用1102陶瓷靶，磁控溅射工艺制备T1x薄膜，在此采用氧分压O2/(02+Ar) =0% -100%。7.溅射前的腔体本底真空度优于3x104Pa,溅射气压为0.5_2Pa，溅射功率为50-200W。8.镀膜时间均为20-120min，衬底温度从RT变化至600°C，退火温度从200 °ε变化至700oCo9.权利要求1或2或3或6所述N1:Cu/T1x异质pn结二极管的制备方法，其特征在于:采用溅射法或热蒸发法在Pn结上制作电极；其中，N1:Cu和T1x表面沉积银，镍，铝或金电极。
【专利摘要】本发明公开了一种NiO:Cu/TiOx异质pn结二极管，至少包括pn结和欧姆接触电极，所述pn结在Si衬底上生长p型NiO:Cu薄膜以及n型TiOx薄膜得到异质pn结。本发明利用磁控溅射工艺在Si衬底上制备NiO:Cu/TiOx异质pn结二极管，最后采用磁控溅射或热蒸发法在pn结上制作电极。本发明中异质pn结二极管具有较高的反向击穿电压、较大的正向电流密度，而且其制备方法工艺简单。
【IPC分类】H01L29/861, H01L21/34
【公开号】CN105118868
【申请号】CN201510635334
【发明人】李彤, 王铁钢, 倪晓昌
【申请人】天津职业技术师范大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月30日