CN101436636B - 一种用于n型硅的透明导电阴极接触结构 - Google Patents

一种用于n型硅的透明导电阴极接触结构 Download PDF

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Abstract

一种用在n型硅上的透明导电阴极接触结构，其基本特征在于：在n型硅(1)上是LiF层(2)，然后在LiF层(2)上是透明导电电极(3)。LiF层(2)可以降低n型硅(1)与透明导电电极(3)之间的接触势垒，提高电子的收集或注入效率。

Description

一种用于n型硅的透明导电阴极接触结构
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种用于n型硅的透明导电阴极接触结构。
背景技术
透明导电电极是一种十分重要的光电材料，好的透明导电电极需要满足：具有接近金属的导电率以实现电极功能；在可见光或者更宽的光谱范围内具有高透过率以有利于光的出射或进入；以及具有合适的功函数以降低载流子输运势垒提高其注入或者抽取效率。
以氧化铟锡In2O3:Sn(ITO)、氧化锌铝ZnO:Al(AZO)为代表的无机氧化物透明导电薄膜(TCO)因其具有上述优异的性能而广泛应用于太阳能电池、显示器、发光二极管等光电器件中。但是，一直以来，TCO基本都是作为收集或注入空穴的阳极材料使用的，因为它们的功函数通常都很高。
然而，随着科学技术的发展，一些新型器件不断出现，比如制作在p型硅衬底上的异质结太阳电池(HIT太阳电池)，以及垂直叠层的光二极管阵列等。这些器件要求光从阴极入射或者出射，这就提出了对透明导电阴极材料的需求，也就是说透明导电电极要制作在阴极上，比如n型硅上，作为电子的收集或者注入电极。这样的阴极电极要求具有低的功函数。
然而，功函数低的阴极电极材料，通常都是比较活泼，性能不太稳定的金属材料，比如银、镁、钙等，这些金属即使做得很薄也难以得到高的光透过率。有研究用六硼化镧(LaB6)作透明阴极，但可见光透过率也只有70％左右。性能优异的低功函数透明导电阴极材料仍然急待开发。
如果将常见的高功函数TCO用在阴极上，由于功函数失配，所形成的肖特基接触势垒会阻碍电子的输运，这就要求找到能够有效降低这个肖特基接触势垒的方法。
在有机发光二极管中，有一种常用的改善阴极接触的方法，就是在有机电子传输层和铝电极之间***一层氟化锂(LiF)层，正如国际专利WO2007102683-A1中所公开的那样，这样的专利有很多。在这些结构中，由于不涉及光的问题，因此采用的是不透光的铝电极。LiF层的***改善了有机电子传输层和铝电极之间的接触。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种可以用于n型硅的透明导电阴极接触结构。本发明结构的基本特征在于：在n型硅上是一层氟化锂LiF层，然后在氟化锂LiF层上是透明导电电极。在n型硅和透明导电电极之间***的氟化锂LiF层，可以克服现有透明导电电极功函数过高的缺点，降低n型硅与透明导电电极之间的接触势垒，提高电子的收集或注入效率。
其中，所述的透明导电电极的功函数大于所述n型硅的功函数。
所述的氟化锂LiF层的厚度在0.5-2nm之间。
所述的n型硅是n型的单晶硅、多晶硅、薄膜硅。
所述的薄膜硅是非晶硅、微晶硅、纳米晶硅。
所述的氟化锂LiF层可以采用蒸发的办法淀积到所述n型硅上，然后再在氟化锂LiF层上采用蒸发或者溅射的办法来淀积透明导电电极。
采用这种n型硅/LiF/透明导电电极结构，可以有效降低n型硅/透明导电电极之间的接触势垒，提高电子收集或者注入效率，使得可以采用传统的功函数相对较高的透明导电电极，比如氧化铟锡(ITO)、氧化锌铝(AZO)等来制备阴极发光或者阴极受光的硅基光电器件，比如发光管和太阳电池。
附图说明
图1为本发明结构示意图。其中，1为n型硅，2为氟化锂LiF层，3为透明导电电极；
图2为实施例1中的n型单晶硅/LiF/ITO电极的电流-电压(I-V)效果图；
图3为实施例2中的n型多晶硅/LiF/AZO电极的I-V效果图；
图4为实施例3中的n型非晶硅/LiF/ITO电极的I-V效果图；
图5为实施例4中的n型微晶硅/LiF/AZO电极的I-V效果图；
图6为实施例5中的n型纳米晶硅/LiF/ITO电极的I-V效果图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明结构作进一步说明。
如图1所示，在n型硅1上是氟化锂LiF层2，然后在氟化锂LiF层2上是透明导电电极3。其中，所述的透明导电电极3的功函数大于所述n型硅1的功函数。所述氟化锂LiF层2的厚度在0.5-2nm之间。所述n型硅1是n型的单晶硅、多晶硅、薄膜硅。所述的薄膜硅是非晶硅、微晶硅、纳米晶硅。
所述的氟化锂LiF层2可以采用蒸发的办法淀积到所述n型硅1上，然后再在氟化锂LiF层2上采用蒸发或者溅射的办法来淀积透明导电电极3。
实施例1
在n型单晶硅上是采用热蒸发淀积的0.5nm厚度的氟化锂LiF层，然后在氟化锂LiF层上是采用磁控溅射办法淀积的ITO透明导电电极。ITO透明导电电极的功函数大于n型单晶硅的功函数。图2中给出了这种n型单晶硅/LiF/ITO电极的I-V效果，曲线a是没有氟化锂LiF***层的n型单晶硅/ITO电极的I-V曲线，曲线b是这种n型单晶硅/LiF/ITO电极的I-V曲线，对比可以看出，氟化锂LiF层的***，降低了n型单晶硅/ITO电极的接触势垒，提高了电子收集效率。
实施例2
在n型多晶硅上是采用热蒸发办法淀积的1.5nm厚度的氟化锂LiF层，然后在氟化锂LiF层上是采用磁控溅射办法淀积的AZO透明导电电极。AZO透明导电电极的功函数大于n型多晶硅的功函数。图3给出了这种n型多晶硅/LiF/AZO电极I-V效果，曲线a是没有氟化锂LiF***层的n型多晶硅/AZO电极的I-V曲线，曲线b是这种n型多晶硅/LiF/AZO电极的I-V曲线，对比可以看出，氟化锂LiF层的***，降低了n型多晶硅/AZO电极的接触势垒，提高了电子收集效率。
实施例3
在n型非晶硅上是采用热蒸发办法淀积的2nm厚度的氟化锂LiF层，然后在氟化锂LiF层上是采用磁控溅射办法淀积的ITO透明导电电极。ITO透明导电电极的功函数大于n型非晶硅的功函数。图3中给出了这种n型非晶硅/LiF/ITO电极I-V效果，曲线a是没有氟化锂LiF***层的n型非晶硅/ITO电极的I-V曲线，曲线b是这种n型非晶硅/LiF/ITO电极的I-V曲线，对比可以看出，氟化锂LiF层的***，降低了n型非晶硅/ITO电极的接触势垒，提高了电子收集效率。
实施例4
在n型微晶硅上是采用热蒸发办法淀积的1.25nm厚度的氟化锂LiF层2，然后在氟化锂LiF层2上是采用磁控溅射办法淀积的AZO透明导电电极。AZO透明导电电极的功函数大于n型微晶硅的功函数。图5给出了这种n型微晶硅/LiF/AZO电极I-V效果，曲线a是没有氟化锂LiF***层的n型微晶硅/AZO电极的I-V曲线，曲线b是这种n型微晶硅/LiF/AZO电极的I-V曲线，对比可以看出，氟化锂LiF层的***，降低了n型微晶硅/AZO电极的接触势垒，提高了电子收集效率。
实施例5
在n型纳米晶硅上是采用热蒸发办法淀积的1.25nm厚度的氟化锂LiF层，然后在氟化锂LiF层上是采用磁控溅射办法淀积的ITO透明导电电极。ITO透明导电电极的功函数大于n型纳米晶硅的功函数。图6中给出了这种n型纳米晶硅/LiF/ITO电极I-V效果，曲线a是没有氟化锂LiF***层的n型纳米晶硅/ITO电极的I-V曲线，曲线b是这种n型纳米晶硅/LiF/ITO电极的I-V曲线，对比可以看出，氟化锂LiF层的***，降低了n型纳米晶硅/ITO电极的接触势垒，提高了电子收集效率。

Claims (4)

1.一种用于n型硅的透明导电阴极接触结构，其特征在于：在n型硅上是一层氟化锂层，然后在氟化锂层上是透明导电电极，所述的透明导电电极的功函数大于所述的n型硅的功函数。
2.根据权利要求1所述的用于n型硅的透明导电阴极接触结构，其特征在于：所述的氟化锂层的厚度在0.5-2nm之间。
3.根据权利要求1或2所述的用于n型硅的透明导电阴极接触结构，其特征在于：所述的n型硅是n型的单晶硅或多晶硅或薄膜硅。
4.根据权利要求3所述的用于n型硅的透明导电阴极接触结构，其特征在于：所述的薄膜硅是非晶硅或微晶硅或纳米晶硅。
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