p型Zn0薄膜外排氮元素的溶胶-凝胶制备方法技术

一种ｐ型ＺｎＯ薄膜外排氮元素的溶胶－凝胶制备方法属制造ｐ型ＺｎＯ薄膜的方法，该方法是（１）将１ｍｏｌ　　Ｚｎ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.６Ｈ↓［２］Ｏ溶于１升去离子水中，再加入等摩尔的乙二醇和柠檬酸，使其中Ｚｎ（ＮＯ↓［３］）↓［２］浓度为０．７ｍｏｌ／Ｌ。搅拌该混合物１～２小时，形成透明、匀质的溶胶；（２）将上述已配好的透明、匀质的Ｚｎ（ＮＯ↓［３］）↓［２］溶胶用滴管滴于石英玻璃衬底上，在８０～１００℃大气环境下晾干，再送入退火炉中热处理，从而获得ＺｎＯ薄膜。采用该方法制备的ｐ型ＺｎＯ薄膜不含其它杂质，迁移率高和载流子浓度高，且所用原料广泛，价格低廉，工艺简单，易于控制。

【技术实现步骤摘要】
p型ZnO薄膜外排氮元素的溶胶-凝胶制备方法一、
本专利技术为p型ZnO薄膜外排氮元素的溶胶-凝胶制备方法，属制造p型ZnO薄膜的方法。二、技术背景在以氮为掺杂剂制备p型ZnO的方法中，目前主要分为单掺杂和共掺杂两种。在单掺杂过程中，由于氮在ZnO中的溶解度较低，导致掺杂效率偏低，Jianguo Lu[Materials Letters，57：3311(2003)]和Xin-Li Guo[J Cryst Growth，223(1-2)：135(2001)]等人分别以NH3和N2O为氮源进行掺杂，得到的结果分别为：载流子浓度3.2×1017cm-3、3～6×1018cm-3，霍尔迁移率1.8cm2/vs、0.1～0.4 cm2/vs。为了提高载流子浓度，通常采用共掺杂方法来提高掺杂效率，M.Joseph[Jpn.J.Appl.Phys.38，L1205(1999)]和J.G.Lu[Appl Phys Lett.85，3134(2004)]等人以钙和铝与氮共掺杂，得到结果为：载流子浓度5.5×1019cm-3、2.52×1017cm-3，霍尔迁移率0.07cm2/vs、0.43cm2/Vs。从两种方法得出的结果来看，单掺杂的掺杂效率低，共掺杂的掺杂效率高，但是共掺杂引入的杂质氮-钙、氮-铝作为载流子散射中心，大大降低了载流子迁移率。三、
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决高载流子浓度和高迁移率不可兼得的这-->一矛盾，采用溶胶-凝胶法制备出无杂质高迁移率p型ZnO薄膜。该溶胶-凝胶法是：1、溶胶-凝胶的配制以Zn(NO3)2·6H2O、乙二醇、柠檬酸为原料，将1molZn(NO3)2·6H2O溶于1升去离子水中，再加入等摩尔的乙二醇和柠檬酸，使其中Zn(NO3)2浓度为0.7mol/L。搅拌该混合物1～2小时，形成透明、匀质的溶胶。2、ZnO薄膜的制备将已配好的透明、匀质的Zn(NO3)2溶胶用滴管滴于石英玻璃衬底上，在80～100℃大气环境下晾干，再送入退火炉中热处理。热处理程序如下：此种外排氮元素的溶胶-凝胶法，所用原料广泛，价格低廉，工艺简单，易于控制，这种方法制备的薄膜中由于不含其它杂质，故载流子散射机构少，迁移率高。并且，适当控制热处理温度和时间，即可得到不同掺杂浓度(载流子浓度)的p型导电薄膜。四、附图说明图1是采用本专利技术方法制备的六角锌矿结构的ZnO薄膜X射线衍射图(XRD图)-->五、具体实施方式：本专利技术的p型ZnO薄膜外排氮元素的溶胶-凝胶制备方法不同于传统的掺杂方法，传统的掺杂方法是在ZnO薄膜生长的过程中引入氮原子或其化合物分子进入薄膜体系，为了得到高化学势的活性氮原子或其化合物分子，一般采用等离子体增强、电子回旋共振等方法，虽然成功地制备出了p型ZnO薄膜，但设备昂贵、工艺复杂，不利于工业化的生产。而采用的溶胶-凝胶法，其掺杂原理恰好与传统的“引入”相反，在溶胶-凝胶前驱物中即引入氮元素，在ZnO薄膜一边生长的过程中一边排出多余的氮原子，适当控制热处理的温度和时间，即可得到性能优良的p型ZnO薄膜。此种方法的优点在于原料价格低廉、工艺简单，非常适合规模化的工业生产。从图1的XRD图可知，所制备薄膜为六角纤锌矿结构的ZnO薄膜，其中不含其它杂质相，薄膜的生长方向沿c轴择优生长。在室温下对薄膜样品进行霍尔效应测量，导电类型为p型，得出其电学性能参数如下：电阻率(Ωcm)    迁移率(cm2/vs)   载流子浓度(cm-3)0.68            84.9              1.07 E17相比于其它方法，此种外排氮元素的溶胶-凝胶法可同时获得高的迁移率和载流子浓度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ｐ型ＺｎＯ薄膜外排氮元素的溶胶－凝胶制备方法，其特征在于：（１）溶胶－凝胶的配制是以Ｚｎ（ＮＯ３）２.６Ｈ２Ｏ、乙二醇、柠檬酸为原料，将１ｍｏｌＺｎ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.６Ｈ↓［２］Ｏ溶于１升去离子水中，再加入等摩尔的乙二醇和柠檬酸，使其中Ｚｎ（ＮＯ↓［３］）↓［２］浓度为０．７ｍｏｌ／Ｌ。搅拌该混合物１～２小时，形成透明、匀质的溶胶；（２）ＺｎＯ薄膜的制备是将上述已配好的透明、匀质的Ｚｎ（ＮＯ↓［３］）↓［２］溶胶用滴管滴于石英玻璃衬底上，在８０～１００℃大气环境下晾干，再送入退火炉中热处理，热处理程序如下：＊＊＊。

【技术特征摘要】
1、一种p型ZnO薄膜外排氮元素的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于：(1)溶胶-凝胶的配制是以Zn(NO3)2·6H2O、乙二醇、柠檬酸为原料，将1mol Zn(NO3)2·6H2O溶于1升去离子水中，再加入等摩尔的乙二醇和柠檬酸，使其中Zn(N...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜晓红，宣凯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]