CN102372500A - 激光脉冲沉积法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体薄膜材料制备方法。所制材料包括衬底，ZnO基层，扩散层。其扩散层为沉积Cu高温扩散掺杂进入ZnO基层形成的扩散层。薄膜采用脉冲激光沉积方法制备，衬底为(100)硅单晶，激光脉冲腔内真空度5×10-4Pa，沉积温度为450℃，激光频率4Hz，激光能量190kV，ZnO基薄膜溅射时间40分钟，在上述基础上加镀Cu层，沉积时间为2分钟，保温30分钟，所制备Cu扩散掺杂的ZnO基薄膜在腔体内自然冷却至室温而形成。本发明在制备掺杂ZnO基半导体薄膜时优于以往烧结靶材溅射镀膜工艺，在制备不同含量ZnO基半导体薄膜时较为方便。

Description

激光脉冲沉积法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体的方法
技术领域    本发明涉及一种利用脉冲激光沉积方法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜的方法，属于半导体材料技术领域。 
背景技术    ZnO是一种具有优异性能的宽禁带氧化物半导体材料，在电子和光电子器件应用方面具有很多优点，被认为是新一代的光电半导体材料，在光电子器件和信息材料中，具有广阔的应用前景。但制备掺杂ZnO基半导体薄膜一般采用烧结靶材溅射镀膜工艺，在制备不同含量ZnO基半导体薄膜时较为复杂。 
发明内容    为了克服现有制备不同含量ZnO基半导体薄膜的复杂工艺，本发明提供一种利用脉冲激光沉积方法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜的方法，能够较为简便的制备掺杂半导体。 
本发明采用脉冲激光沉积方法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜方法，所制材料包括衬底，ZnO基层，扩散层。其特征在于，所述的扩散层为沉积Cu高温扩散掺杂进入ZnO基层形成的扩散层。 
本发明具有Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜，采用脉冲激光沉积方法制备，衬底为(100)硅单晶，激光脉冲腔内真空度5×10-4Pa，沉积温度为450℃，激光频率4Hz，激光能量190kV，ZnO薄膜溅射时间40分钟，在上述基础上加镀Cu层，沉积时间为2分钟，450℃保温30分钟，制备Cu扩散掺杂的ZnO基薄膜。薄膜在腔体内自然冷却至室温而形成。 
采用脉冲激光沉积制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜技术如下： 
(1)本实验所采用的衬底为2英寸的单晶Si(100)衬底，单面抛光。将Si片浸没在丙酮中，置于超声波发生器中清洗一小时，无水乙醇超声清洗一小时，离子水超声清洗一小时，取出置于恒温干燥箱中烘干。 
(2)将ZnO基靶、Cu靶靶材和衬底分别固定在相应的样品架上，调整衬底与靶材的距离为50mm，然后旋紧阀门，关闭真空室。 
(3)打开分子泵冷却水，打开电源，开启机械泵，打开旁抽阀，数分钟后打开真空计。当***真空度达到2-3Pa时，关闭旁抽阀，打开隔断阀，并启动分子泵。 
(4)设定衬底温度，当***真空度达到5×10-4Pa以上时先在低功率下预热炉丝3分钟，升温速率控制在15～20℃/分钟，升温至薄膜生长所需的温度。 
(5)当衬底温度和反应室内压强达到预设值时，先溅射ZnO基靶在衬底上形成一层ZnO基薄膜(40分钟)，再溅射Cu靶，通过控制溅射时间来控制薄膜中Cu的含量。450℃保温30分钟以确保Cu在ZnO基薄膜中扩散充分。 
具体实施方式
(1)衬底清洗 
本实验所采用的衬底为2英寸的单晶Si(100)衬底，单面抛光，其电阻率为1.9～2.6×103Ω/cm。首先将Si片浸没在丙酮中，置于超声波发生器中清洗一小时，无水乙醇超声清洗一小时，离子水超声清洗一小时，取出置于恒温干燥箱中烘干。 
(2)靶材及衬底的安装 
将ZnO基靶、Cu靶靶材和衬底分别固定在相应的样品架上，调整衬底与靶材的距离为50mm，然后旋紧阀门，关闭真空室。 
(3)抽真空 
首先打开分子泵冷却水，打开电源，开启机械泵，打开旁抽阀，数分钟后打开真空计；当***真空度达到2-3Pa时，关闭旁抽阀，打开隔断阀，并启动分子泵。 
(4)衬底加热 
设定衬底温度，当***真空度达到5×10-4Pa以上时先在低功率下预热炉丝3分钟，升温速率控制在15～20℃/分钟，升温至薄膜生长所需的温度。 
(5)Cu扩散掺杂ZnO基样品的制备 
当衬底温度和反应室内压强达到预设值时，先溅射ZnO基靶在衬底上形成一层ZnO基薄膜(40分钟)，再溅射Cu靶，通过控制溅射时间来控制薄膜中Cu的含量。450℃保温30分钟以确保Cu在ZnO基薄膜中扩散充分。 

Claims (2)

1.一种脉冲激光沉积法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体的方法，其特征是：制备的扩散层为沉积Cu高温扩散掺杂进入ZnO基层形成的扩散层，所制材料包括衬底，ZnO基层，扩散层。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲激光沉积法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体的方法，其特征是：衬底为(100)硅单晶，激光脉冲腔内真空度5×10-4Pa，沉积温度为450℃，激光频率4Hz，激光能量190kV，ZnO薄膜溅射时间40分钟，加镀Cu层，沉积时间为2分钟，450℃保温30分钟，制备Cu扩散掺杂的ZnO基薄膜，所制备Cu扩散掺杂的ZnO基薄膜在腔体内自然冷却至室温而形成。
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