p型Zn0薄膜外排氮元素的溶膠－凝膠製備方法

2023-06-04 08:11:06 1

專利名稱：p型Zn0薄膜外排氮元素的溶膠－凝膠製備方法
技術領域：
本發明為p型ZnO薄膜外排氮元素的溶膠-凝膠製備方法，屬製造p型ZnO薄膜的方法。
二、技術背景在以氮為摻雜劑製備p型ZnO的方法中，目前主要分為單摻雜和共摻雜兩種。在單摻雜過程中，由於氮在ZnO中的溶解度較低，導致摻雜效率偏低，Jianguo Lu[Materials Letters，573311(2003)]和Xin-Li Guo[J Cryst Growth，223(1-2)135(2001)]等人分別以NH3和N2O為氮源進行摻雜，得到的結果分別為載流子濃度3.2×1017cm-3、3～6×1018cm-3，霍爾遷移率1.8cm2/vs、0.1～0.4 cm2/vs。為了提高載流子濃度，通常採用共摻雜方法來提高摻雜效率，M.Joseph[Jpn.J.Appl.Phys.38，L1205(1999)]和J.G.Lu[Appl Phys Lett.85，3134(2004)]等人以鈣和鋁與氮共摻雜，得到結果為載流子濃度5.5×1019cm-3、2.52×1017cm-3，霍爾遷移率0.07cm2/vs、0.43cm2/Vs。從兩種方法得出的結果來看，單摻雜的摻雜效率低，共摻雜的摻雜效率高，但是共摻雜引入的雜質氮-鈣、氮-鋁作為載流子散射中心，大大降低了載流子遷移率。

發明內容
本發明的目的是為了解決高載流子濃度和高遷移率不可兼得的這一矛盾，採用溶膠-凝膠法製備出無雜質高遷移率p型ZnO薄膜。該溶膠-凝膠法是1、溶膠-凝膠的配製以Zn(NO3)2·6H2O、乙二醇、檸檬酸為原料，將1molZn(NO3)2·6H2O溶於1升去離子水中，再加入等摩爾的乙二醇和檸檬酸，使其中Zn(NO3)2濃度為0.7mol/L。攪拌該混合物1～2小時，形成透明、勻質的溶膠。
2、ZnO薄膜的製備將已配好的透明、勻質的Zn(NO3)2溶膠用滴管滴於石英玻璃襯底上，在80～100℃大氣環境下晾乾，再送入退火爐中熱處理。熱處理程序如下 此種外排氮元素的溶膠-凝膠法，所用原料廣泛，價格低廉，工藝簡單，易於控制，這種方法製備的薄膜中由於不含其它雜質，故載流子散射機構少，遷移率高。並且，適當控制熱處理溫度和時間，即可得到不同摻雜濃度(載流子濃度)的p型導電薄膜。
四

圖1是採用本發明方法製備的六角鋅礦結構的ZnO薄膜X射線衍射圖(XRD圖)
五具體實施例方式本發明的p型ZnO薄膜外排氮元素的溶膠-凝膠製備方法不同於傳統的摻雜方法，傳統的摻雜方法是在ZnO薄膜生長的過程中引入氮原子或其化合物分子進入薄膜體系，為了得到高化學勢的活性氮原子或其化合物分子，一般採用等離子體增強、電子迴旋共振等方法，雖然成功地製備出了p型ZnO薄膜，但設備昂貴、工藝複雜，不利於工業化的生產。而採用的溶膠-凝膠法，其摻雜原理恰好與傳統的「引入」相反，在溶膠-凝膠前驅物中即引入氮元素，在ZnO薄膜一邊生長的過程中一邊排出多餘的氮原子，適當控制熱處理的溫度和時間，即可得到性能優良的p型ZnO薄膜。此種方法的優點在於原料價格低廉、工藝簡單，非常適合規模化的工業生產。
從圖1的XRD圖可知，所製備薄膜為六角纖鋅礦結構的ZnO薄膜，其中不含其它雜質相，薄膜的生長方向沿c軸擇優生長。在室溫下對薄膜樣品進行霍爾效應測量，導電類型為p型，得出其電學性能參數如下電阻率(Ωcm)遷移率(cm2/vs) 載流子濃度(cm-3)0.6884.9 1.07 E17相比於其它方法，此種外排氮元素的溶膠-凝膠法可同時獲得高的遷移率和載流子濃度。
權利要求
1.一種p型ZnO薄膜外排氮元素的溶膠-凝膠製備方法，其特徵在於(1)溶膠-凝膠的配製是以Zn(NO3)2·6H2O、乙二醇、檸檬酸為原料，將1mol Zn(NO3)2·6H2O溶於1升去離子水中，再加入等摩爾的乙二醇和檸檬酸，使其中Zn(NO3)2濃度為0.7mol/L。攪拌該混合物1～2小時，形成透明、勻質的溶膠；(2)ZnO薄膜的製備是將上述已配好的透明、勻質的Zn(NO3)2溶膠用滴管滴於石英玻璃襯底上，在80～100℃大氣環境下晾乾，再送入退火爐中熱處理，熱處理程序如下
全文摘要
一種p型ZnO薄膜外排氮元素的溶膠－凝膠製備方法屬製造p型ZnO薄膜的方法，該方法是(1)將1mol Zn(NO
文檔編號C01G9/02GK1686818SQ200510038569
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月25日 優先權日2005年3月25日
發明者顏曉紅, 宣凱 申請人:南京航空航天大學