透明的n-型氧化锌／p－型金刚石薄膜异质结及其制备方法技术

本发明专利技术的透明的ｎ－型氧化锌／ｐ－型金刚石薄膜异质结及其制备属一种透明ｐ－ｎ结及其制备方法。以金刚石单晶为衬底（５），工艺过程包括衬底的清洗（１０）、ｐ－型金刚石单晶薄膜的沉积（１１）、ｐ－型金刚石单晶薄膜的化学处理（１２）、金刚石薄膜的欧姆电极制作（１３）、ｎ－型氧化锌多晶薄膜（３）的选择性沉积（１４）、氧化锌薄膜的欧姆电极的制作（１５）。沉积ｐ－型金刚石单晶薄膜（１）时放置硼源；金刚石薄膜的欧姆电极（２）是顺序沉积的钛、钼、金薄膜；氧化锌薄膜的欧姆电极（４）是金膜。本发明专利技术的制备工艺简单易于实现，而且本发明专利技术的异质结具有良好的伏－安特性、光学透明性和抗高温特性；电极的欧姆接触性能好并且牢固。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属一种透明结及其制备的工艺方法，特别涉及n-型氧化锌多晶薄膜/P-型金刚石单晶薄膜构成的异质结，以及金刚石单晶薄膜的同质外延及其欧姆接触的制备、氧化锌的沉积及其欧姆接触的制备。
技术介绍
与本专利技术最为相似的
技术介绍
是由Atsushi Kudo，Hiroshi Yanagi，Kazushige Ueda，Hideo Hosono，and Hiroshih Kawazoe等人撰写、发表在1999年第18期《APPLIED PHYSICS LETTERS》第2851页的、题目为“Fabrication ofTransparent p-n heterojunction thin film diodes based entirely on oxidesemicinductors”的文章。它的内容是在玻璃衬底上生长一层p-型SrCu2O2，然后再生长一层n-型ZnO，从而构成透明的p-n异质结。
技术介绍
中，所制备出的p-n异质结是透明的，能广泛的应用在光电子器件上。但SrCu2O2是金属氧化物，所以p-型SrCu2O2较难实现，使得工艺复杂；而且n-型ZnO/p-型SrCu2O2异质结制得的器件抗高温特性较差；该异质结要制备牢固的欧姆接触的电极也是困难的。
技术实现思路
由于金刚石膜具有良好的电学、光学特性和优良的导热、绝缘特性，因此可以用它制备多种电子、光电子器件以及在半导体集成电路中作散热材料和绝缘材料。然而，适于制备半导体器件的n-型金刚石很难得到，这就大大的限制了金刚石膜器件的应用。另一方面，氧化锌作为一种透明的氧化物，广泛的应用在光电子器件上。它的杰出特性在于通过改变氧化锌中的氧、锌比，它的电子特性从绝缘体经过n-型半导体到金属。虽然氧化锌具有很宽的导电范围，但是它的应用仅仅限制在金属电极和光学透明性上。例如，平板显示器上的透明电极和太阳能电池。由于氧化锌的p-型掺杂异常困难，所以仅由氧化锌构成的透明的p-n结未见报导。本专利技术要解决的问题就是既要利用金刚石单晶的透明特性和金刚石薄膜的良好的电学、光学特性和优良的导热、绝缘特性，P-型金刚石单晶薄膜容易制得的特点，利用氧化锌为一种透明的氧化物，n-型ZnO容易制得的特点，制备出透明的n-型氧化锌多晶薄膜/P-型金刚石单晶薄膜构成的异质结。不仅异质结的制备工艺简单易于实现，而且n-型氧化锌多晶薄膜/P-型金刚石单晶薄膜异质结具有良好的伏-安特性、光学透明性和抗高温特性，电极的欧姆接触性能好并且牢固。本专利技术的透明的n-型氧化锌多晶薄膜/p-型金刚石单晶薄膜异质结，由p-型金刚石单晶薄膜、金刚石薄膜的欧姆电极、n-型氧化锌多晶薄膜、氧化锌薄膜的欧姆电极构成；p-型金刚石单晶薄膜制作在金刚石单晶衬底上；金刚石薄膜的欧姆电极和n-型氧化锌多晶薄膜相互隔离制作在p-型金刚石单晶薄膜上；n-型氧化锌多晶薄膜上面有氧化锌薄膜的欧姆电极；所说的金刚石薄膜的欧姆电极是钛、钼、金的多层膜，氧化锌薄膜的欧姆电极是金膜。p-型金刚石单晶薄膜的厚度为500～1500nm；n-型氧化锌多晶薄膜的厚度为200～500nm；金刚石薄膜的欧姆电极的厚度为100～1000nm，氧化锌薄膜的欧姆电极的厚度为100～600nm。图1给出本专利技术的n-型氧化锌多晶薄膜/p-型金刚石单晶薄膜异质结的结构示意图。图1中，1是p-型金刚石单晶薄膜，2是金刚石薄膜的欧姆电极，3是n-型氧化锌多晶薄膜，4是氧化锌薄膜的欧姆电极，5是金刚石单晶衬底。金刚石薄膜的欧姆电极2和n-型氧化锌多晶薄膜3按设计的图案相互隔离没有连接的制作在p-型金刚石单晶薄膜1上。本专利技术的透明的n-型氧化锌/p-型金刚石薄膜异质结的制备方法，是以金刚石单晶为衬底，工艺过程包括衬底的清洗、p-型金刚石单晶薄膜的沉积、p-型金刚石单晶薄膜的化学处理、金刚石薄膜的欧姆电极制作、n-型氧化锌多晶薄膜的选择性沉积、氧化锌薄膜的欧姆电极的制作。所说的衬底的清洗，是将金刚石单晶衬底5用乙醇和丙酮混合溶液进行超声清洗，然后用硝酸和盐酸混合溶液进行化学清洗，最后用去离子水清洗并用红外灯烘干；所说的p-型金刚石单晶薄膜的沉积是，在清洗过的金刚石单晶衬底5上，用热丝化学气相沉积方法外延生长P-型金刚石单晶薄膜1，沉积时放置硼源；所说的p-型金刚石单晶薄膜的化学处理是用三氧化铬和浓硫酸的饱和溶液在150～180℃的条件下进行化学处理3～10分钟，然后把样品浸在60～80℃的过氧化氢和氨水的混合溶液中，最后用去离子水冲洗并烘干；所说的金刚石薄膜的欧姆电极制作是用交流磁控溅射的方法选择性的顺序沉积钛、钼、金薄膜，形成多层膜的金刚石薄膜的欧姆电极2，再将样品在空气中400～420℃的条件下退火0.5～3小时；所说的n-型氧化锌多晶薄膜的选择性沉积是用磁控溅射方法，在p-型金刚石单晶薄膜1表面选择性的沉积n-型氧化锌多晶薄膜3；所说的氧化锌薄膜的欧姆电极的制作是，用磁控溅射方法在n-型氧化锌多晶薄膜3表面选择性的沉积上金膜，形成氧化锌薄膜的欧姆电极4。前述的的选择性的顺序沉积钛、钼、金薄膜、选择性的沉积n-型氧化锌多晶薄膜3或选择性的沉积金膜，其选择性沉积的过程相应的是首先，用光刻胶在p-型金刚石单晶薄膜1或n-型氧化锌多晶薄膜3的表面刻成图形，该图形中，需要沉积多层金属膜、氧化锌多晶薄膜或金膜的部位的光刻胶将被刻蚀掉；其次，分别沉积上钛、钼、金多层膜形成的金刚石薄膜的欧姆电极2和n-型氧化锌多晶薄膜3或沉积上金膜形成的氧化锌薄膜的欧姆电极4；再次，用0.5％的氢氧化钠溶液刻蚀掉光刻胶，使用热的氢氧化钠溶液效果更好，在这个过程中，光刻胶上的多层金属膜、氧化锌多晶薄膜或金膜同时被去掉，这样就实现了选择性生长。图2给出本专利技术的透明的n-型氧化锌/p-型金刚石薄膜异质结的制备方法的工艺流程示意图。由图2能够清楚形象的看出制备的工艺过程。图2中，10为衬底的清洗，11为p-型金刚石单晶薄膜的沉积，12为p-型金刚石单晶薄膜的化学处理，13为金刚石薄膜的欧姆电极制作，14为n-型氧化锌多晶薄膜的选择性沉积，15为氧化锌薄膜的欧姆电极的制作。本专利技术跟
技术介绍
相比，p-型和n-型半导体材料都较容易得到，使得异质结的制备工艺简单易于实现，而且n-型氧化锌多晶薄膜/P-型金刚石单晶薄膜异质结具有良好的伏-安特性、光学透明性。且n-型金刚石的禁带宽度较大(5.4eV)，所以具有抗高温特性。由于选择了合适的金属及工艺制作电极，使电极的欧姆接触性能好并且牢固。图3给出p-型金刚石单晶薄膜1与金属多层膜电极2之间的伏-安特性，可以看出其是一条直线，从而证明钛/钼/金多层膜与金刚石单晶薄膜之间的接触是欧姆接触。图4给出了n-型氧化锌多晶薄膜3与金膜电极4之间的伏-安特性，可以看出其是一条类直线，从而证明金膜与n-型氧化锌多晶薄膜3之间的接触远离肖特基接触，而接近于欧姆接触。图5给出了本专利技术的异质结的伏-安特性，从图5中可以看出这个异质结具有整流特性，而且其阈值为0.5V，整流比约为100，正向最大电流为5mA。图6给出了这个异质结的光学透明性，从图中可以看出其在500-700nm之间光学透过率为50-70％。具体实施例方式实施例1 p-型金刚石单晶薄膜的沉积在制备p-型金刚石单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明的ｎ－型氧化锌／ｐ－型金刚石薄膜异质结，其特征在于，由ｐ－型金刚石单晶薄膜（１）、金刚石薄膜的欧姆电极（２）、ｎ－型氧化锌多晶薄膜（３）、氧化锌薄膜的欧姆电极（４）构成；ｐ－型金刚石单晶薄膜（１）制作在金刚石单晶衬底（５）上；金刚石薄膜的欧姆电极（２）和ｎ－型氧化锌多晶薄膜（３）相互隔离制作在ｐ－型金刚石单晶薄膜（１）上；ｎ－型氧化锌多晶薄膜（３）上面有氧化锌薄膜的欧姆电极（４）；所说的金刚石薄膜的欧姆电极（２）是钛、钼、金的多层膜，氧化锌薄膜的欧姆电极（４）是金膜。

【技术特征摘要】
1.一种透明的n-型氧化锌/p-型金刚石薄膜异质结，其特征在于，由p-型金刚石单晶薄膜(1)、金刚石薄膜的欧姆电极(2)、n-型氧化锌多晶薄膜(3)、氧化锌薄膜的欧姆电极(4)构成；p-型金刚石单晶薄膜(1)制作在金刚石单晶衬底(5)上；金刚石薄膜的欧姆电极(2)和n-型氧化锌多晶薄膜(3)相互隔离制作在p-型金刚石单晶薄膜(1)上；n-型氧化锌多晶薄膜(3)上面有氧化锌薄膜的欧姆电极(4)；所说的金刚石薄膜的欧姆电极(2)是钛、钼、金的多层膜，氧化锌薄膜的欧姆电极(4)是金膜。2.按照权利要求1所述的透明的n-型氧化锌/p-型金刚石薄膜异质结，其特征在于，p-型金刚石单晶薄膜(1)的厚度为500～1500nm；n-型氧化锌多晶薄膜(3)的厚度为200～500nm；金刚石薄膜的欧姆电极(2)的厚度为100～1000nm，氧化锌薄膜的欧姆电极(4)的厚度为100～600nm。3.一种透明的n-型氧化锌/p-型金刚石薄膜异质结的制备方法，其特征在于，以金刚石单晶为衬底，工艺过程包括衬底的清洗(10)、p-型金刚石单晶薄膜的沉积(11)、p-型金刚石单晶薄膜的化学处理(12)、金刚石薄膜的欧姆电极制作(13)、n-型氧化锌多晶薄膜的选择性沉积(14)、氧化锌薄膜的欧姆电极的制作(15)；所说的衬底的清洗(10)，是将金刚石单晶衬底(5)用乙醇和丙酮混合溶液进行超声清洗，然后用硝酸和盐酸混合溶液进行化学清洗，最后用去离子水清洗并用红外灯烘干；所说的p-型金刚石单晶薄膜的沉积(11)是，在清洗过的金刚石单晶衬底(5)上，用热丝化学气相沉积方法外延生长P-型金刚石单晶薄膜(1)，沉积时放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成新，高春晓，刘洪武，韩永昊，骆继峰，申彩霞，邹广田，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]