一种Si/NiO:Al异质pn结二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Si/N1:Al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轨道跃迁，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 1Ω.cm (见文献 P PUSPHARAJAH, S RADHAKRISHNA, A K AR0F.Transparentconducting lithium-doped nickel oxide thin films by spray pyrolysis technique.Journal of Materials Science, 1997, 32(11): 3001-3006)。但从长远考虑，A1 金属更为常见。我们将A1元素引入N1，制备Ni0:Al基异质结，这非常符合现代社会秉承的绿色能源宗旨，在此我们选用价格低廉的η型Si衬底作为异质结的另一端，从而实现Si/Ni0:Al异质pn结二极管。这种选择对于新型器件的开发有着重要意义，而目前对于Si/Ni0:Al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Si/Ni0:Al异质pn结二极管，制备的Si/Ni0:Al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。
[0004]本发明的技术方案:Si/Ni0:Al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Ni0:Al和η型Si形成异质pn结。
[0005]上述Si/Ni0:Al异质pn结二极管的制备方法:用磁控減射工艺在Si衬底上制备Ni0:Al薄膜形成异质pn结；最后采用溅射或热蒸发法在pn结上制作电极；其中，Ni0:Al和Si表面溅射或蒸发银或镍或金电极。
[0006]本发明采用直径为50mm的N1靶和A1靶共溅射，磁控溅射制备的Ni0:Al薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3xlO-4Pa，在此采用的相对氧分压02/(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或者后期退火温度从200°C至700°C时间为0.5至1个小时。
[0007]本发明利用p型N1:A1薄膜与η型Si薄膜形成了异质pn结二极管。通过对N1:Al薄膜等条件的控制、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:Al在异质pn结应用方面的独到优势。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的结构图。
[0009]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】
[0010]本发明Si/N1:Al异质pn结二极管，至少包括pn结和欧姆接触电极，所述pn结是直接在η型Si衬底上沉积N1:Al形成异质pn结。结构图如图1所示，其具体制备步骤如下:
(1)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:Al的制备:溅射前的腔体本底真空度优于3xlO-4Pa，采用的相对氧分压02/(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1个小时。
[0011](3)电极的制备:采用溅射或热蒸发等方法(如:唐伟忠著，薄膜材料制备原理、技术及应用，冶金工业出版社1998第一版)在N1:Al和Si表面制作银/镍/金电极。
[0012](4)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)。
[0013]实施例一
(1)采用半导体工艺中的清洗方法清洗硅片并用氮气吹干；
(2)ρ-Ν?0:Α1的制备:采用直径为50mm的N1靶和A1靶共溅射。磁控溅射制备的N1:Al薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3xlO-4Pa，采用的是纯氩溅射。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。镀膜时间为120min，衬底温度为200°C ；
(3)电极的制备:采用磁控溅射方法在N1:Al和Si表面边缘制作Ag电极；
(4)测试用Keithley2612A检测电极的欧姆接触特性和异质pn结二极管的I_V特性(整流特性)，见图2。
[0014]实施例二
(1)采用半导体工艺中的清洗方法清洗硅片并用氮气吹干；
(2)ρ-Ν?0:Α1的制备:采用直径为50mm的N1靶和A1靶共溅射。磁控溅射制备的N1:Al薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3xlO-4Pa，采用的是纯氩溅射。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120min，衬底温度为300°C ；
(3)电极的制备:采用磁控溅射方法在N1:Al和Si表面边缘制作Ag电极；
(4)测试用Keithley2612A检测电极的欧姆接触特性和异质pn结二极管的I_V特性(整流特性)，见图3。
[0015]实施例三
(1)采用半导体工艺中的清洗方法清洗硅片并用氮气吹干；
(2)ρ-Ν?0:Α1的制备:采用直径为50mm的N1靶和A1靶共溅射。磁控溅射制备的N1:Al薄膜。溅射前的腔体本底真空度优于3xlO-4Pa，采用的是纯氩溅射。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120min，衬底温度为室温；
(3)电极的制备:采用磁控溅射方法在N1:Al和Si表面边缘制作A1电极；
(4)测试用Keithley2612A检测电极接触是欧姆接触特性。并且异质pn结二极管的1-V特性(整流特性)，见图4。
【主权项】
1.一种Si/N1:Al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η型Si衬底上生长N1:Al薄膜而得到的异质pn结。2.权利要求1所述Si/N1:Al异质pn结二极管的制备方法，其特征在于:用磁控溅射工艺在η型Si衬底上制备N1:Al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靶和A1靶共溅射，磁控溅射工艺制备N1:Al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100-200ffo5.在镀膜之前，预溅射5min以去除靶材表面的杂质。6.镀膜时间均为20-120min，衬底温度从RT变化至600°C。7.权利要求1，2或3所述Si/N1:Al异质pn结二极管的制备方法，其特征在于:将该异质结从200°C至700°C退火0.5至1个小时。8.权利要求1或2或3所述n-Si/p-N1:Al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:Al和Si表面沉积镍，银或金电极。
【专利摘要】本发明公开了一种Si/NiO:Al异质pn结二极管，至少包括pn结和欧姆接触电极，所述pn结由n型Si衬底上生长p型NiO:Al薄膜而得到的异质pn结。本发明利用磁控溅射工艺在n型Si衬底上制备p型NiO:Al薄膜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、成本低廉。
【IPC分类】H01L29/861, H01L29/12, H01L21/329
【公开号】CN105470314
【申请号】CN201410462308
【发明人】李彤, 邓学松, 王达夫
【申请人】天津职业技术师范大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年9月12日