一種改變半導(dǎo)體材料pn型的制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其涉及一種通過改變制備參數(shù)可以改變材料的pn型制備方法。

背景技術(shù)：

2.p型半導(dǎo)體又稱空穴型半導(dǎo)體，是以帶正電的空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體?？昭ㄏ喈?dāng)于帶正電的粒子，在這類半導(dǎo)體的導(dǎo)電中起主要作用。n型半導(dǎo)體也稱為電子型半導(dǎo)體。即自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體緊密接觸時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生pn結(jié)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會(huì)在接觸面附近產(chǎn)生空間電荷區(qū)。根據(jù)這個(gè)特性，利用pn結(jié)可以制造多種功能的晶體二極管，并廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代工業(yè)中。

3.目前，pn結(jié)中的當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體一般分別用復(fù)雜不同的摻雜制備工藝獲得。利用pn結(jié)不同的特性，可以具有不同的應(yīng)用，比如：整流二極管、檢波二極管、雪崩二極管、隧道二極管、變?nèi)荻O管、半導(dǎo)體激光二極管、光電探測(cè)器和太陽能電池等。因此在實(shí)際應(yīng)用中就需要多種p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的性質(zhì)。目前的方法不可避免的伴隨著工序復(fù)雜，制備周期長，成分不可變，成本高，成品尺寸大等缺點(diǎn)，很難更好的適應(yīng)現(xiàn)在工業(yè)上的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的是一種改變半導(dǎo)體材料pn型的新方法。

5.本發(fā)明將一種硒化鋅摻雜半導(dǎo)體沉積到基底表面形成半導(dǎo)體薄膜，通過控制制備條件，達(dá)到控制基片上半導(dǎo)體薄膜pn型的目的。制備過程中選擇使用脈沖激光沉積技術(shù)(pulse laser deposition,pld)完成薄膜的制備，基片選擇使用石英玻璃。上述靶材為znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

半導(dǎo)體摻雜材料。

6.本發(fā)明的半導(dǎo)體材料通過脈沖激光沉積法來制備的，采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：先采用固體反應(yīng)燒結(jié)法制備znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷靶材，再采用脈沖激光沉積法制備znse:mo:ga薄膜，通過控制不同的制備條件，得到不同pn特性的半導(dǎo)體薄膜。

7.具體步驟如下：

8.1)制備znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷靶材：

9.燒結(jié)是陶瓷生產(chǎn)過程中必不可少的一部分。本發(fā)明中采用固相反應(yīng)燒結(jié)法制備了znse:mo:ga陶瓷材料，其摩爾配比為4:3:3；根據(jù)化學(xué)計(jì)量比利用電子天平對(duì)znse(99.99％)、mo(99.99％)和ga2o3(99.999％)的粉末進(jìn)行稱重，粉末在瑪瑙砂漿中手動(dòng)研磨2小時(shí)，然后在球磨機(jī)中研磨6小時(shí)；將混合粉末壓入壓力為10mpa的圓柱形模具中15分鐘，以完成圓柱形散裝材料的制備；所得塊狀材料在1800℃的溫度下燒結(jié)8小時(shí)，燒結(jié)在高溫管式爐中，在燒結(jié)過程中添加ar氣氛以消除氧的影響，然后重復(fù)研磨，最終獲得znse0.4:mo0.3:ga0.3陶瓷材料；

10.2)生長znse:mo:ga薄膜：

11.以步驟1)中制備的znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷為靶材，以石英玻璃為襯底，采用脈沖激光沉積法制備znse:mo:ga薄膜，脈沖激光脈沖寬度為10ns，重復(fù)頻率為10hz，單脈沖能量為200mj；脈沖激光通過凸透鏡和真空腔窗口，最終聚焦到靶材表面；當(dāng)激光聚焦在靶材表面時(shí)，使等離子體羽流濺到基片表面，最后在靶材對(duì)面的基片表面沉積得到納米薄膜；在沉積過程中，平均激光功率設(shè)置為400mw，沉積時(shí)間嚴(yán)格控制在30min；脈沖激光沉積的溫度為25℃-800℃、壓強(qiáng)為4pa-10pa；根據(jù)調(diào)整上述的溫度或/和壓強(qiáng)可以得到p型或n型材料，進(jìn)而改變半導(dǎo)體材料pn型。

12.在得到p型材料的基礎(chǔ)上通過提高溫度或/和增加壓強(qiáng)能夠得到n型材料。

13.本發(fā)明具有的有益效果：

14.本發(fā)明只利用同一塊半導(dǎo)體靶材，采用脈沖激光沉積法，制備出納米結(jié)構(gòu)、結(jié)晶質(zhì)量好、表面光滑的pn型完全不同的半導(dǎo)體薄膜，為拓展、優(yōu)化半導(dǎo)體應(yīng)用創(chuàng)造了良好的前提條件。

附圖說明

15.圖1是實(shí)施例1制備的znse:mo:ga薄膜的實(shí)物圖和xrd圖譜。

16.圖2是實(shí)施例2制備的znse:mo:ga薄膜的實(shí)物圖和xrd圖譜。

具體實(shí)施方式

17.以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

18.制備出的znse:mo:ga薄膜的實(shí)物圖和xrd圖譜，見圖1。結(jié)合末尾的表一可得出，薄膜樣品中的衍射峰基本上只有40.5

°

位置的mo(110)峰。在10pa和800℃下的曲線上，35

°

到40

°

衍射范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)寬峰。通過比較，可以發(fā)現(xiàn)該衍射峰屬于ga2o3成分。寬峰代表非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，這證明在此條件下ga2o3的結(jié)晶化是不完整的。同時(shí)隨著溫度和壓強(qiáng)的增大，薄膜的只有在10pa和800℃條件下，電阻率才會(huì)發(fā)生明顯的突變，隨著載流子濃度的增加，電阻率降低。結(jié)果顯示可以控制薄膜的p型和n型。

19.實(shí)施例1

20.1)制備znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷靶材：

21.燒結(jié)是陶瓷生產(chǎn)過程中必不可少的一部分。本發(fā)明中采用固相反應(yīng)燒結(jié)法制備了znse:mo:ga陶瓷材料，其配比分別為4:3:3。根據(jù)化學(xué)計(jì)量比利用電子天平對(duì)znse(99.99％)、mo(99.99％)和ga2o3(99.999％)的粉末進(jìn)行稱重。粉末在瑪瑙砂漿中手動(dòng)研磨2小時(shí)，然后在球磨機(jī)中研磨6小時(shí)。將混合粉末壓入壓力為10mpa的f20mm圓柱形模具中15分鐘，以完成圓柱形散裝材料的制備。大塊材料在1800℃的溫度下燒結(jié)8小時(shí)。在高溫管式爐中，在燒結(jié)過程中添加ar氣氛以消除氧的影響。重復(fù)研磨(包括研磨)后的過程兩次，最終獲得znse0.4:mo0.3:ga0.3陶瓷材料。

22.2)生長znse:mo:ga薄膜：

23.以步驟1)中制備的znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷為靶材，以石英玻璃為襯底，采用脈沖沉積法制備znse:mo:ga薄膜，使用355nm(nd:yag，gcr-170)作為紫外光源，脈沖寬度為10ns，重復(fù)頻率為10hz，單脈沖能量為200mj。脈沖激光通過凸透鏡和真空腔窗口，最終聚焦

到目標(biāo)表面。當(dāng)激光聚焦在靶材表面時(shí)，使等離子體羽流濺到基片表面，最后在靶材對(duì)面的基片表面沉積得到納米薄膜。在沉積過程中，平均激光功率設(shè)置為400mw，沉積時(shí)間嚴(yán)格控制在30min。制備壓強(qiáng)為0.45pa，溫度為25℃、400℃、800℃。

24.實(shí)施例2

25.1)同實(shí)施例1中的步驟1)；

26.2)除將沉積條件改為25℃溫度下4pa、6pa和10pa，其他操作均同實(shí)施例1中的步驟2)；

[0027][0028]

表1實(shí)施例1-2制備的p-n結(jié)薄膜的霍爾效應(yīng)檢測(cè)結(jié)果。技術(shù)特征：

1.一種改變半導(dǎo)體材料pn型的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)制備znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷靶材：2)生長znse:mo:ga薄膜：以步驟1)中制備的znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷為靶材，以石英玻璃為襯底，采用脈沖激光沉積法制備znse:mo:ga薄膜，脈沖激光脈沖寬度為10ns，重復(fù)頻率為10hz，單脈沖能量為200mj；脈沖激光通過凸透鏡和真空腔窗口，最終聚焦到靶材表面；當(dāng)激光聚焦在靶材表面時(shí)，使等離子體羽流濺到基片表面，最后在靶材對(duì)面的基片表面沉積得到納米薄膜；在沉積過程中，平均激光功率設(shè)置為400mw，沉積時(shí)間嚴(yán)格控制在30min；脈沖激光沉積的溫度為25℃-800℃、壓強(qiáng)為4pa-10pa；根據(jù)調(diào)整上述的溫度或/和壓強(qiáng)可以得到p型或n型材料，進(jìn)而改變半導(dǎo)體材料pn型。2.按照權(quán)利要求1所述的、一種改變半導(dǎo)體材料pn型的制備方法，其特征在于，步驟1)采用固相反應(yīng)燒結(jié)法制備了znse:mo:ga陶瓷材料，其摩爾配比為4:3:3；根據(jù)化學(xué)計(jì)量比利用電子天平對(duì)znse(99.99％)、mo(99.99％)和ga2o3(99.999％)的粉末進(jìn)行稱重，粉末在瑪瑙砂漿中手動(dòng)研磨2小時(shí)，然后在球磨機(jī)中研磨6小時(shí)；將混合粉末壓入壓力為10mpa的圓柱形模具中15分鐘，以完成圓柱形散裝材料的制備；所得塊狀材料在1800℃的溫度下燒結(jié)8小時(shí)，燒結(jié)在高溫管式爐中，在燒結(jié)過程中添加ar氣氛以消除氧的影響，然后重復(fù)研磨，最終獲得znse0.4:mo0.3:ga0.3陶瓷材料。3.按照權(quán)利要求1所述的一種改變半導(dǎo)體材料pn型的制備方法，其特征在于，在得到p型材料的基礎(chǔ)上通過提高溫度或/和增加壓強(qiáng)能夠得到n型材料。

技術(shù)總結(jié)

一種改變半導(dǎo)體材料PN型的制備方法，涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。將硒化鋅摻雜半導(dǎo)體沉積到基底表面形成半導(dǎo)體薄膜，通過控制制備條件，達(dá)到控制基片上半導(dǎo)體薄膜PN型的目的。制備過程中選擇使用脈沖激光沉積技術(shù)完成薄膜的制備，基片選擇使用石英玻璃。本發(fā)明的半導(dǎo)體材料通過脈沖激光沉積法來制備的，采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：先采用固體反應(yīng)燒結(jié)法制備ZnSe

技術(shù)研發(fā)人員：王麗 高東文 蘇雪瓊 王進(jìn)

受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2022.03.16

技術(shù)公布日：2022/6/21