實現與p型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的電極及其製備方法
2023-05-26 16:17:36
專利名稱：實現與p型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的電極及其製備方法
技術領域：
本發明屬於半導體器件技術領域，具體涉及與ρ型ZnS材料歐姆接觸的電極及其製備方法。
背景技術：
自1991年Iijima合成納米碳管以來，一維納米材料由於其新穎的物理、化學和生物學特性以及在納米器件中的潛在用途成為當今納米技術的研究熱點。而一維納米材料大量、低成本和簡單有效地合成與組裝無論從基礎研究的角度，還是從性能與應用的角度來看都有著特殊重要的意義。半導體納米材料在光學、電學、磁學、納電子學等方面具有潛在的應用價值，是近年來納米材料科學的研究熱點之一。硫化鋅ZnS是最重要的II-VI族直接帶隙半導體之一。ZnS禁帶寬度為3. 7eV，具有壓電、紅外透明及良好的發光性能，在電子顯示器件、紫外探測器、太陽能電池、紅外窗口及雷射和催化等眾多領域中有廣泛的應用。 一維ZnS納米材料具有單晶的晶體質量，易於實現n、p型摻雜，並且具備因量子限域效應與尺寸效應而導致的諸多優異光、電特性，是構築新一代納米光電器件的理想材料體系之一。 但是，ZnS納米材料具有低的電子親和勢和高表面態密度，由此導致的表面費米能級釘扎， 使得金屬/半導體界面處總是存在很高的肖特基勢壘，從而難以形成良好的歐姆接觸，歐姆接觸的問題嚴重製約了 ZnS納米材料在納米光電子器件中的應用。目前針對ρ型ZnS材料歐姆接觸的研究並不多，相關的報導有^an GD等利用Au電極研究了 N摻雜ZnS納米帶電輸運特性[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]，發現Au電極與N摻雜ZnS納米帶之間存在肖特基勢壘，並非是良好的歐姆接觸。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種實現與ρ型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的電極及其製備方法，以期能夠實現電極與P型ZnS準一維納米材料之間良好的歐姆接觸，使電極與ZnS材料接觸電阻率小於ZnS納米材料本身電阻率達5個量級。本發明為解決技術問題採用如下技術方案本發明實現與ρ型SiS準一維納米材料歐姆接觸的電極的特點是所述電極是以Cu 膜和A膜構成的Cu/A複合電極，所述A膜為Au膜、Ni膜或Pt膜，所述複合電極中與ρ型 ZnS材料相接觸的是Cu膜，外層為A膜。所述Cu膜的厚度為1 10nm。本發明實現與ρ型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的電極的製備方法的特點是通過電子束蒸發的方式首先在P型ZnS材料上形成Cu膜，再在Cu膜的表面形成A膜；所述電子束蒸發的工藝條件是真空度為10_3 10_5Pa，沉積速率為每秒0. 01 Inm0與已有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明採用複合電極，製備工藝簡單，成熟可靠，易於控制，不需經過任何處理過程，如後退火等，能夠直接與P型ZnS準一維納米材料形成較好的歐姆接觸。2、本發明以複合電極實現與P型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的方法，解決了目前困擾ZnS準一維納米材料在納米電子器件與光電子器件中的應用的關鍵難題，為P型SiS 準一維納米材料在半導體器件、光電子器件設計和應用中奠定了基礎。
圖1為實施例1中Ag摻雜ZnS納米帶四電極測試的器件SEM圖；圖2為實施例1中Ag摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線曲線；圖3為實施例1中基於Ag摻雜ZnS納米帶MESFET的輸出特性曲線曲線；圖4為實施例1中基於Ag摻雜ZnS納米帶MESFET轉移特性曲線；圖5為實施例2中Ag摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線曲線；圖6為實施例2中基於Ag摻雜ZnS納米帶MESFET的輸出特性曲線曲線；圖7為實施例2中基於Ag摻雜ZnS納米帶MESFET轉移特性曲線；圖8為實施例3中Ag摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線曲線；圖9為實施例3中基於Ag摻雜ZnS納米帶MESFET的輸出特性曲線曲線；圖10為實施例3中基於Ag摻雜SiS納米帶MESFET轉移特性曲線；
具體實施例方式具體實施是以Cu膜和A膜構成的Cu/A複合電極，其中A膜為Au膜、Ni膜或Pt 膜，複合電極中與P型ZnS材料相接觸的是Cu膜，外層為A膜，Cu膜的厚度為1 lOnm。 通過電子束蒸發的方式首先在P型ZnS材料上形成Cu膜，再在Cu膜的表面形成A膜；電子束蒸發的工藝條件是真空度為10_3 10_5Pa，沉積速率為每秒0. 01 lnm。實施例1通過化學氣相沉積方法合成的Ag摻雜ZnS納米帶均勻分散在具有300nm厚SiO2 的η型重摻雜Si片上，均勻旋塗光刻膠，光刻出四電極電極圖形，圖1為器件SEM圖。採用電子束蒸發方法，條件為真空度1 X 10 ,沉積速率為每秒0. Olnm,在光刻出的電極圖形上首先沉積Inm厚的Cu膜，再沉積60nm厚Au膜，獲得Cu/Au複合電極。利用KEITHLEY 4200半導體特性測試系統，通過兩電極和四電極測試方法獲得Ag摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線如圖2所示，從圖2所示的曲線中可以看出兩種方法測得納米帶電阻率基本相同，計算得電極與ZnS材料接觸電阻率小於ZnS納米材料本身電阻率達5個量級，表明Cu/Au複合電極與Ag摻雜ZnS納米帶形成良好的歐姆接觸。本實施例中，Ag摻雜ZnS納米帶導電類型可通過以下方法證明。利用光刻方法將均勻分散在300nm厚SW2的η型重摻雜Si片上的Ag摻雜ZnS 納米帶分別刻出源漏電極和柵電極圖形，利用電子束蒸發方法分別在源漏電極和柵電極電極圖形上先後沉積Cu (lnm) /Au (60nm)複合電極和60nm厚Al電極，製備成MESFET，再利用 KEITHLEY 4200半導體特性測試系統表徵單根Ag摻雜ZnS納米帶的電輸運特性。圖3為基於Ag摻雜SiS納米帶MESFET的輸出特性曲線曲線，圖4為基於Ag摻雜SiS納米帶MESFET 轉移特性曲線，這兩曲線可以說明Ag摻雜ZnS納米帶導電類型為ρ型。實施例2將通過化學氣相沉積方法合成的Ag摻雜SiS納米帶均勻分散在具有300nm厚SW2 的η型重摻雜Si片上，均勻旋塗光刻膠，光刻出四電極電極圖形。採用電子束蒸發方法，條件為真空度lX10_3Pa，沉積速率為每秒Inm在光刻出的電極圖形上首先沉積IOnm厚Cu膜，再沉積60nm厚Au膜，獲得Cu (IOnm) /Au (60nm)的複合電極。利用KEITHLEY 4200半導體特性測試系統，通過兩電極和四電極測試方法獲得Ag摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線如圖5所示，從圖5所示的曲線中可以看出兩種方法測得納米帶電阻率基本相同，計算得電極與ZnS材料接觸電阻率小於ZnS納米材料本身電阻率達5 個量級，這表明Cu/Au複合電極與Ag摻雜ZnS納米帶形成良好的歐姆接觸。本實施例中，Ag摻雜ZnS納米帶導電類型可通過以下方法證明。利用光刻方法將均勻分散在300nm厚SW2的η型重摻雜Si片上的Ag摻雜ZnS納米帶分別刻出源漏電極和柵電極圖形，利用電子束蒸發方法分別在源漏電極和柵電極電極圖形上先後沉積Cu (IOnm)/Au (60nm)複合電極和60nm厚Al電極，製備成MESFET，再利用 KEITHLEY 4200半導體特性測試系統表徵單根Ag摻雜ZnS納米帶的電輸運特性。圖6為基於Ag摻雜SiS納米帶MESFET的輸出特性曲線曲線，圖7為基於Ag摻雜SiS納米帶MESFET 轉移特性曲線，這兩曲線可以說明Ag摻雜ZnS納米帶導電類型為ρ型。實施例3將通過化學氣相沉積方法合成的Ag摻雜SiS納米帶均勻分散在具有300nm厚SW2 的η型重摻雜Si片上，均勻旋塗光刻膠，光刻出四電極電極圖形。採用電子束蒸發方法，條件為真空度1 X IO-4Pa,沉積速率為每秒0. 3nm在光刻出的電極圖形先上沉積4nm厚Cu，再沉積60nm厚Au，獲得Cu (4nm) /Au (60nm)複合電極。利用KEITHLEY 4200半導體特性測試系統，通過兩電極和四電極測試方法獲得Ag摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線曲線，如圖8所示，從曲線中可以看出兩種方法測得納米帶電阻率基本相同，計算得電極與ZnS材料接觸電阻率小於ZnS納米材料本身電阻率達5個量級，這表明 Cu/Au複合電極與Ag摻雜ZnS納米帶形成良好的歐姆接觸。本實施例中，Ag摻雜ZnS納米帶導電類型可通過以下方法證明。利用光刻方法將均勻分散在300nm厚SW2的η型重摻雜Si片上的Ag摻雜ZnS 納米帶分別刻出源漏電極和柵電極圖形，利用電子束蒸發方法分別在源漏電極和柵電極電極圖形上先後沉積Cu (4nm) /Au (60nm)複合電極和60nm厚Al電極，製備成MESFET，再利用 KEITHLEY 4200半導體特性測試系統表徵單根Ag摻雜ZnS納米帶的電輸運特性。圖9為基於Ag摻雜SiS納米帶MESFET的輸出特性曲線曲線，圖10為基於Ag摻雜SiS納米帶MESFET 轉移特性曲線，這兩曲線可以說明Ag摻雜ZnS納米帶導電類型為ρ型。在實施例1、實施例2和實施例3中分別用Ni和Pt替代Au，獲得了以上各實施例中相同的效果。
權利要求
1.一種實現與P型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的電極，其特徵是所述電極是以Cu膜和A膜構成的Cu/A複合電極，所述A膜為Au膜、Ni膜或Pt膜，所述複合電極中與ρ型ZnS 材料相接觸的是Cu膜，外層為A膜。
2.根據權利要求1所述的實現與ρ型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的電極，其特徵是所述Cu膜的厚度為1 10nm。
3.—種權利要求1所述的實現與ρ型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的電極的製備方法，其特徵是通過電子束蒸發的方式首先在P型ZnS材料上形成Cu膜，再在Cu膜的表面形成A膜。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵是所述電子束蒸發的工藝條件是真空度為Kr3 l(T5Pa，沉積速率為每秒0. 01 lnm。
全文摘要
本發明公開了一種實現與p型ZnS準一維納米材料歐姆接觸的電極及其製備方法，其特徵是電極是以Cu膜和A膜構成的Cu/A複合電極，其中A膜為Au膜、Ni膜或Pt膜，複合電極中與p型ZnS材料相接觸的是Cu膜，外層為A膜。通過電子束蒸發的方式首先在p型ZnS材料上形成Cu膜，再在Cu膜的表面形成A膜。本發明方法解決了金屬電極與p型ZnS準一維納米材料直接形成歐姆接觸的問題，可用於p型ZnS準一維納米材料相關器件製備與研究，電極製備方法簡單，可靠，易於操作。
文檔編號H01L21/44GK102544075SQ201010592449
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月16日 優先權日2010年12月16日
發明者於永強, 吳春豔, 揭建勝, 朱志峰, 王莉, 蔣陽 申請人:合肥工業大學