專利名稱：實(shí)現(xiàn)與n型ZnS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸的電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及與η型ZnS材料歐姆接觸的電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
一維納米材料由于其新穎的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性以及在納米器件中的潛在用途成為當(dāng)今納米技術(shù)的研究熱點(diǎn)。而一維納米材料大量、低成本和簡單有效地合成與組裝無論從基礎(chǔ)研究的角度，還是從性能與應(yīng)用的角度來看都有著特殊重要的意義。半導(dǎo)體納米材料在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、納電子學(xué)等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，是近年來納米材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。硫化鋅ZnS是最重要的II-VI族直接帶隙半導(dǎo)體之一，ZnS禁帶寬度為 3. 7eV，具有壓電、紅外透明及良好的發(fā)光性能，在電子顯示器件、紫外探測器、太陽能電池、 紅外窗口及激光和催化等眾多領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。一維ZnS納米材料具有單晶的晶體質(zhì)量，并且具備因量子限域效應(yīng)與尺寸效應(yīng)而導(dǎo)致的諸多優(yōu)異光、電特性，是構(gòu)筑新一代納米光電器件的理想材料體系之一。但是，ZnS納米材料具有低的電子親和勢和高表面態(tài)密度， 由此導(dǎo)致的表面費(fèi)米能級釘扎，使得金屬/半導(dǎo)體界面處總是存在很高的肖特基勢壘，從而難以形成良好的歐姆接觸，歐姆接觸的問題嚴(yán)重制約了 ZnS納米材料在納米光電子器件中的應(yīng)用。因本征ZnS納米材料具有高的絕緣性，實(shí)現(xiàn)η或ρ型摻雜是構(gòu)筑高性能ZnS納米器件的重要途徑，而實(shí)現(xiàn)電極與η型ZnS納米材料歐姆接觸是制備器件的最重要環(huán)節(jié)之一。ITO和AZO透明電極由于其高的透射率、電導(dǎo)率、較為完善制備工藝和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子器件和光電子器件中，如顯示器、太陽能電池等，但是，迄今關(guān)于以ITO 或AZO透明電極實(shí)現(xiàn)與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸并沒有相關(guān)報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是目的是提供一種實(shí)現(xiàn)與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸的電極及其制備方法，以期能夠?qū)崿F(xiàn)電極與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料之間良好的歐姆接觸，使電極與η型 ZnS準(zhǔn)一維納米材料之間的接觸電阻顯著降低。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明實(shí)現(xiàn)與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸的電極的特點(diǎn)是所述電極是直接在η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料上形成的AZO或ITO透明電極。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)與η型SiS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸的電極的制備方法的特點(diǎn)是首先采用磁控濺射法或脈沖激光沉積法在η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料上制備AZO或ITO透明電極，然后對于形成在η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料上的AZO或ITO透明電極進(jìn)行退火處理完成制備。本發(fā)明制備方法的特點(diǎn)也在于所述磁控濺射法的工藝條件是氣壓為0. 1 lPa、濺射功率為40W 100W、Ar氣體流量為10 50sccm。所述脈沖激光沉積法的工藝條件是激光功率為40 500mJ、激光波長為248nm、 脈沖頻率為1 20Hz、氣壓為0. 1 l(T5Pa。對于AZO或ITO透明電極進(jìn)行退火處理的退火工藝條件為真空度為10_2 10_5Pa、N2氛圍下、或?yàn)锳r氛圍下，退火溫度為100°C 600°C，退火時(shí)間5 30分鐘。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明采用AZO透明電極或ITO透明電極，制備工藝簡單，成熟可靠，易于控制， 能夠直接與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料形成較好的歐姆接觸。2、本發(fā)明電極在經(jīng)過退火處理之后可以使電極與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料之間的接觸電阻降低兩個(gè)量級。3、本發(fā)明采用AZO或ITO透明電極，為η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料在透明器件中應(yīng)
用中奠定了基礎(chǔ)。4、本發(fā)明以AZO或ITO透明電極實(shí)現(xiàn)與η型SiS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸的方法， 解決了目前困擾ZnS準(zhǔn)一維納米材料在納米電子器件與光電子器件中的應(yīng)用的關(guān)鍵難題， 為η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料在半導(dǎo)體器件、光電子器件設(shè)計(jì)和應(yīng)用中奠定了基礎(chǔ)。


圖1為實(shí)施例1中( 摻雜ZnS納米帶器件SEM圖；圖2為實(shí)施例1中( 摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線；圖3為實(shí)施例1中( 摻雜ZnS納米帶電輸運(yùn)特性曲線，其中(a)輸出特性曲線， (b)轉(zhuǎn)移特性曲線；圖4為實(shí)施例2中Cl摻雜ZnS納米線伏安特性曲線；圖5為實(shí)施例2中Cl摻雜ZnS納線線電輸運(yùn)特性曲線，其中(a)輸出特性曲線， (b)轉(zhuǎn)移特性曲線；圖6為實(shí)施例3中Al摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線；圖7為實(shí)施例3中Al摻雜SiS納米帶電輸運(yùn)特性曲線，其中(a)輸出特性曲線， (b)轉(zhuǎn)移特性曲線；圖8為實(shí)施例4中h摻雜ZnS納米帶伏安特性曲線；圖9為實(shí)施例4中摻雜ZnS納米帶電輸運(yùn)特性曲線，其中(a)輸出特性曲線， (b)轉(zhuǎn)移特性曲線；
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施是以AZO或ITO透明電極與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料接觸，AZO或ITO透明電極是通過磁控濺射方法或脈沖激光沉積方法制備而成，制備的電極可經(jīng)過后退火處理使歐姆接觸效果得到進(jìn)一步改善。磁控濺射方法的工藝條件是氣壓0. 1 lPa，濺射功率為 40W 100W，Ar氣體流量為10 50sCCm ；脈沖激光沉積方法的工藝條件是激光功率40 500mJ，激光波長為248nm，脈沖頻率為1 20Hz，氣壓0. 1 10_5Pa。AZO或ITO透明電極退火工藝條件為真空度為10_2 10_5 ？^或N2氛圍下、或Ar氛圍下，退火溫度為100°C 600°C，退火時(shí)間5 30分鐘。
實(shí)施例1通過化學(xué)氣相沉積方法合成的摻雜濃度為1. 0 X IO16CnT3的( 摻雜ZnS納米帶均勻分散在具有300nm厚SW2的ρ型重?fù)诫sSi片上，ρ型重?fù)诫sSi片上為器件底柵，均勻旋涂光刻膠，光刻出兩電極電極圖形，圖1為器件SEM圖。采用脈沖激光沉積方法，條件是激光能量為40mJ，激光波長為248nm，脈沖頻率為 20Hz，真空度為1\10_節(jié)￡1，在光刻出的電極圖形上沉積6011111厚六20膜。為進(jìn)一步減少AZO 電極與( 摻雜ZnS納米帶間的接觸電阻，AZO電極在真空度為進(jìn)行退火下，退火溫度為100°C，時(shí)間為5分鐘。利用KEITHLEY 4200半導(dǎo)體特性測試系統(tǒng)測試了 ( 摻雜ZnS 納米帶電輸運(yùn)特性。圖2為( 摻雜ZnS納米帶的I-V曲線，發(fā)現(xiàn)I-V曲線為線性，說明AZO 電極與( 摻雜ZnS納米帶形成良好的歐姆接觸，電極后退火進(jìn)一步減少了 AZO電極與( 摻雜ZnS納米帶間的接觸電阻。圖3為( 摻雜ZnS納米帶( 摻雜ZnS納米帶電輸運(yùn)特性曲線，曲線可以說明( 摻雜ZnS納米帶導(dǎo)電類型為η型。實(shí)施例2通過化學(xué)氣相沉積方法合成的摻雜濃度為2. 0 X IO17CnT3的Cl摻雜ZnS納米線均勻分散在具有300nm厚SW2的ρ型重?fù)诫sSi片上，ρ型重?fù)诫sSi片上為器件底柵，均勻旋涂光刻膠，光刻出兩電極電極圖形。采用脈沖激光沉積方法，條件是激光能量為400mJ，激光波長為248nm，脈沖頻率為1Hz，真空度為1父10-^1，在光刻出的電極圖形上沉積6011111厚六20膜。為進(jìn)一步減少AZO 電極與Cl摻雜ZnS納米線間的接觸電阻，AZO電極在真空度為10’a進(jìn)行退火下，退火溫度為600°C，時(shí)間為30分鐘。利用KEITHLEY 4200半導(dǎo)體特性測試系統(tǒng)測試了 Cl摻雜ZnS 納米線電輸運(yùn)特性。圖4為Cl摻雜ZnS納米線的I-V曲線，發(fā)現(xiàn)I-V曲線為線性，說明AZO 電極與Cl摻雜ZnS納米線形成良好的歐姆接觸，電極后退火進(jìn)一步減少了 AZO電極與Cl 摻雜ZnS納米線間的接觸電阻。圖5為基于Cl摻雜ZnS納米電輸運(yùn)特性曲線，曲線可以說明Cl摻雜ZnS納米線導(dǎo)電類型為η型。實(shí)施例3通過化學(xué)氣相沉積方法合成的摻雜濃度為6. 0 X IO15CnT3的Al摻雜ZnS納米帶均勻分散在具有300nm厚SW2的ρ型重?fù)诫sSi片上，ρ型重?fù)诫sSi片上為器件底柵，均勻旋涂光刻膠，光刻出兩電極電極圖形。采用磁控濺射方法，條件是氣壓lPa，濺射功率為40W，Ar氣體流量為lOsccm， 在光刻出的電極圖形上沉積60nm厚AZO膜。為進(jìn)一步減少AZO電極與Al摻雜ZnS納米帶間的接觸電阻，AZO電極在N2氣氛保護(hù)進(jìn)行退火下，退火溫度為300°C，時(shí)間為20分鐘。利用KEITHLEY 4200半導(dǎo)體特性測試系統(tǒng)測試了 Al摻雜ZnS納米帶電輸運(yùn)特性。圖6為Al 摻雜SiS納米帶的I-V曲線，發(fā)現(xiàn)I-V曲線為線性，說明AZO電極與Al摻雜SiS納米帶形成良好的歐姆接觸，電極后退火進(jìn)一步減少了 AZO電極與Al摻雜ZnS納米帶間的接觸電阻。 圖7為基于Al摻雜ZnS納米帶電輸運(yùn)特性曲線，曲線可以說明Al摻雜ZnS納米帶導(dǎo)電類型為η型。實(shí)施例4通過化學(xué)氣相沉積方法合成的摻雜濃度為1. 8 X IO16CnT3的h摻雜ZnS納米帶均勻分散在具有300nm厚SW2的ρ型重?fù)诫sSi片上，ρ型重?fù)诫sSi片上為器件底柵，均勻旋涂光刻膠，光刻出兩電極電極圖形。采用磁控濺射方法，條件是氣壓0. lPa，濺射功率為100W，Ar氣體流量為 lOsccm，在光刻出的電極圖形上沉積60nm厚AZO膜。為進(jìn)一步減少AZO電極與h摻雜SiS 納米帶間的接觸電阻，AZO電極Ar氣氛保護(hù)進(jìn)行退火下，退火溫度為200°C，時(shí)間為15分鐘。利用KEITHLEY 4200半導(dǎo)體特性測試系統(tǒng)測試摻雜ZnS納米帶電輸運(yùn)特性。圖8 為h摻雜ZnS納米帶的I-V曲線，發(fā)現(xiàn)I-V曲線為線性，說明AZO電極與h摻雜ZnS納米帶形成良好的歐姆接觸，電極后退火進(jìn)一步減少了 AZO電極與^摻雜ZnS納米帶間的接觸電阻。圖9為基于h摻雜ZnS納米帶電輸運(yùn)特性曲線，曲線可以說明h摻雜ZnS納米帶導(dǎo)電類型為η型。在實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4中用ITO電極替代AZO電極，獲得了以上各實(shí)施例中相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸的電極，其特征是所述電極是直接在 η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料上形成的AZO或ITO透明電極。
2.—種權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)與η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸的電極的制備方法，其特征是首先采用磁控濺射法或脈沖激光沉積法在η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料上制備AZO 或ITO透明電極，然后對于形成在η型ZnS準(zhǔn)一維納米材料上的AZO或ITO透明電極進(jìn)行退火處理完成制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是所述磁控濺射法的工藝條件是 氣壓為0. 1 lPa、濺射功率為40W 100W、Ar氣體流量為10 50sccm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是所述脈沖激光沉積法的工藝條件是 激光功率為40 500mJ、激光波長為248nm、脈沖頻率為1 20Hz、氣壓為0. 1 l(T5Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是對于AZO或ITO透明電極進(jìn)行退火處理的退火工藝條件為真空度為10_2 10_5Pa、N2氛圍下、或?yàn)锳r氛圍下，退火溫度為100°C 600°C，退火時(shí)間5 30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)與n型ZnS準(zhǔn)一維納米材料歐姆接觸的電極及其制備方法，其特征是所述電極是為AZO或ITO透明電極，在n型ZnS準(zhǔn)一維納米材料上直接形成，可通過磁控濺射方法或脈沖激光沉積方法制得，制備的電極經(jīng)過后退火處理，電極與ZnS準(zhǔn)一維納米材料的歐姆接觸可進(jìn)一步改善。本發(fā)明方法解決了電極與n型ZnS準(zhǔn)一維納米材料直接形成歐姆接觸的問題，可用于n型ZnS準(zhǔn)一維納米材料相關(guān)器件制備與研究，電極制備方法簡單，可靠，易于操作。
文檔編號H01L29/45GK102231387SQ201110176219
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者于永強(qiáng), 揭建勝, 朱志峰, 羅林保, 蔣陽 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)