專利名稱：一種以NH₃作為N源的In-N共摻制備p型ZnO薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及p型摻雜ZnO薄膜及其制備方法，尤其涉及一種以In金屬為施 主摻雜源，以朋3為N源并作為受主摻雜源的In-N共摻制備p型ZnO薄膜的方法。
背景技術：
目前，國際上有很多關于ZnO薄膜p型摻雜的報道，包括Al-N， Li-N等共 摻和Li， N等單摻方法，也采用了不同的生長方法，摻雜結果并不是十分理想， 所以ZnO薄膜的p型摻雜仍是世界性的難題，這一摻雜技術沒有解決，影響了 ZnO基晶體薄膜在光電器件方面的應用。在眾多的摻雜源當中，NH3是一種比較特殊的氣體源，主要原因是因為其中 包含了 H原子。朋3在實際的分解過程中，三個N-H鍵不是同時斷裂，且每個N-H 鍵的離解能不一樣，三者取平均值得到N-H鍵的平均鍵能為386 KJ. mol —1 ，比 N-N鍵能(386 KJ.mol —1 )小很多。發明內容本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種以朋3作為N源的In-N 共摻制備P型ZnO薄膜的方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的 一種以朋3作為N源的In-N 共摻制備P型ZnO薄膜的方法，包括以下步驟(1) 制備合金靶靶材的原料選用純度為99.99%的金屬Zn和In，按化學式 Zni-xInx， F0.5aty。配料，放入高溫熔爐熔煉，制成靶材。(2) 制備p型ZnO薄膜在沉積薄膜之前，襯底先用乙醇超聲波清洗30min, 再用氮氣吹干放到直流反應磁控濺射裝置的襯底架上；把制備好的靶材裝 在靶頭上，調整襯底架的位置，使襯底與靶面保持6cm的距離，并用擋板將襯底和靶材隔開，生長室抽真空到3X10—3Pa;然后襯底加熱至400 600°C，通入NH3， 02和Ar氣，Ar、麗3與02的體積比為20 : 17 : 8，壓強 控制在lPa;預濺射15min除去靶材表面的坫污，然后旋開擋板，在115W 功率下濺射30min，得到以NH3作為N源的In-N共摻p型ZnO薄膜。進一步地，所述襯底可以為藍寶石、硅或玻璃。本發明的優點是(1) 設備簡單，操作方便。(2) 用直流反應磁控娥射方法，可以大面積均勻生長p型ZnO薄膜。(3) 靶材為金屬合金，制作方法簡便，耗時少，可輕易制備不同In含量的耙 材，以便調節制備的P型ZnO薄膜的摻雜濃度。(4) 摻雜濃度可控性、穩定性好，可以通過調節反應氣體的分壓、耙材中的In 含量和溫度來控制。(5) 本發明制備過程中，以In金屬為施主摻雜源，以NH3為N源并作為受主摻 雜源，制備了性能穩定良好的P型ZnO薄膜。(6) 本發明方法制備的In-N共摻p型ZnO薄膜表面平整，晶粒大小均勻，具 有良好的擇優取向。


圖1為本發明方法采用的直流反應磁控濺射裝置的示意圖。
具體實施方式
以下結合圖1，通過實例對本發明作進一步的說明，本發明的目的和效果將 變得更加明顯。本發明制備以NH3作為N源的In-N共摻p型ZnO薄膜的方法在直流反應磁 控濺射裝置上進行。如圖1所示，1和2分別為反應氣體和Ar氣的進氣管路；3為流量計；4為緩沖室；5為樣品架；6為加熱器；7為真空計；8為自動壓強控制儀；9為靶頭；10為襯底。本發明以玻璃為襯底，以In金屬為施主摻雜源，以NH3為N源并作為受主 摻雜源，與02—起作為反應氣體生長p型ZnO薄膜。具體步驟如下 1、 制備合金靶靶材的原料選用純度為99. 99%的金屬Zn和In，按化學式ZrvJn,， x=0. 5 at% 配料，放入高溫熔爐熔煉，制成靶材。 2、制備p型ZnO薄膜在沉積薄膜之前，襯底先用乙醇超聲波清洗30min，再用氮氣吹干放到襯底 架上，襯底可以為藍寶石、硅或玻璃。把制備好的靶材裝在靶頭上，調整襯底 架的位置，使襯底與靶面保持6cm的距離，并用擋板將襯底和靶材隔開，生長 室抽真空到3X10—卞a。然后襯底加熱至400 600°C，通入Mi" 02和Ar氣，反 應氣體分壓比為Ar : NH3 : 02=20 : 17 : 8，壓強控制在1Pa。預濺射15min除去 革巴材表面的玷污，然后旋開擋板，在115W功率下濺射30min得到p型ZnO薄膜。 實施例1以玻璃為襯底，以In金屬為施主摻雜源，以NH3為N源并作為受主摻雜源， 與02—起作為反應氣體生長p型ZnO薄膜。具體步驟如下1) 合金靶的制備靶材的原料選用純度為99. 99%的金屬Zn和In,按化學式Zni-xInx， x=0. 5 at% 配料，放入高溫熔爐熔煉，制成靶材。2) p型ZnO薄膜的制備在沉積薄膜之前，玻璃先用乙醇超聲波清洗30min，再用氮氣吹干放到襯底 架上。把制備好的靶材裝在靶頭上，調整襯底架的位置，使襯底與靶面保持6cm 的距離，并用擋板將襯底和靶材隔開，生長室抽真空到3X10,a。然后襯底加 熱至500。C，通入NH" 02和Ar氣，反應氣體分壓比為Ar : NH3 : 02=20 : 17 : 8， 壓強控制在1Pa。預濺射15min除去靶材表面的玷污，然后旋開擋板，在115W 功率下濺射30min得到p型ZnO薄膜。上述以N仏作為N源的In-N共摻p型ZnO薄膜的室溫光電性能良好電阻 率為27. 22 Q cm，載流子濃度為1. 14X 1017cnf3，霍爾遷移率為1. 271 cm2/V. s， 可見光區域透射率大于90%，放置一段時間后薄膜的光電學性能沒有明顯變化。 實施例2制備方法同實施例1，區別在于生長溫度為600°C。本例制得的以朋3作為N 源的In-N共摻p型ZnO薄膜的室溫電阻率為36.31 Q cm，載流子濃度為 9.51xl0'7 cnf3，霍爾遷移率為0.181 cm7V.s，可見光區域透射率大于91%，放 置一段時間后薄膜的光電學性能沒有明顯變化。 實施例3制備方法同實施例1，區別在于生長溫度為420°C。本例制得的以NH3作為N源的In-N共摻p型Zn0薄膜的室溫電阻率為56.19 Q cm，載流子濃度為 4.77xl017 cm—3，霍爾遷移率為0. 233 cm2/V. s，可見光區域透射率大于87°/。，放 置一段時間后薄膜的光電學性能沒有明顯變化。上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的 精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發 明的保護范圍。
權利要求
1. 一種以NH3作為N源的In-N共摻制備p型ZnO薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)制備合金靶靶材的原料選用純度為99.99％的金屬Zn和In，按化學式Zn1-xInx，x＝0.5at％配料，放入高溫熔爐熔煉，制成靶材。(2)制備p型ZnO薄膜在沉積薄膜之前，襯底先用乙醇超聲波清洗30min，再用氮氣吹干放到直流反應磁控濺射裝置的襯底架上；把制備好的靶材裝在靶頭上，調整襯底架的位置，使襯底與靶面保持6cm的距離，并用擋板將襯底和靶材隔開，生長室抽真空到3×10-3Pa；然后襯底加熱至400～600℃，通入NH3，O2和Ar氣，Ar、NH3與O2的體積比為20∶17∶8，壓強控制在1Pa；預濺射15min除去靶材表面的玷污，然后旋開擋板，在115W功率下濺射30min，得到以NH3作為N源的In-N共摻p型ZnO薄膜。
2. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述襯底可以為藍寶石、硅 或玻璃。
全文摘要
本發明公開了一種以NH₃作為N源的In-N共摻制備p型ZnO薄膜的方法，該方法利用直流反應磁控濺射技術，以In金屬為施主摻雜源，以NH₃為N源并作為受主摻雜源制成的。以ZnIn二元合金為靶材，將清洗過的襯底放入直流反應磁控濺射裝置的生長室中，生長室抽真空，濺射壓強控制在1Pa，生長溫度為400～600℃，在NH₃和O₂的氣氛下生長；本發明方法以ZnIn二元合金為靶材，制作方法簡便，耗時少，可輕易制備不同含量的靶材；摻雜濃度可以通過調節輸入的反應氣體的分壓比、靶材中的In含量和溫度來控制，摻雜濃度可控性、穩定性好；制得的ZnO薄膜表面平整，晶粒大小均勻且具有較好的擇優取向，所得薄膜具有良好的光電性能。
文檔編號C23C14/18GK101267010SQ20081006079
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月22日 優先權日2008年4月22日
發明者劉偉昌, 葉志鎮, 簡二梅, 趙炳輝 申請人:浙江大學