[发明专利]柔性衬底生长n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜生长方法，尤其是柔性衬底上生长n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜的方法。

背景技术

ZnO薄膜是继铟锡氧化物(ITO)薄膜之后，新开发出来的一种新型的宽禁带、在可见光范围内具有高透射率和低电阻率的n型半导体透明导电薄膜。氧化锌还有材料来源非常丰富、价格低廉、无毒、制备方法多样、易实现掺杂和低温生长等优点。ZnO薄膜的低阻特性使其成为一种重要的电极材料，如用作太阳能电池的电极、液晶元件电极等。而高透光率和大的禁带宽度使其可用作太阳能电池的窗口材料、低损耗光波导器材料等。它的发光性质及电子辐射稳定性使其成为一种很好的单色场发射低压平面显示器材料，并在紫外光二级管激光器等电发光器件领域有潜在的应用前景。

在所有掺杂元素中，由于Ga和Zn原子半径最为接近，而且Ga-O键和Zn-O键的键长也很接近，因此Ga原子置换Zn原子对ZnO的晶格畸变也较小，这有利于Ga的掺入。其次在薄膜的生长过程中，Al反应活性较高，易氧化，Ga相对于Al不易氧化，这是Ga作为掺杂元素的另外一个优点。所以Ga被认为是最有前途的掺杂元素。另外由于ZnO中掺入Mg可以有效的调节ZnO的禁带宽度，使其在二维电子气、调制掺杂方面、多层异质结、量子井结构方面有着重要的用途。

在柔性衬底上制备的透明导电膜具有许多独特的优点，如质量轻、可折叠、不易破碎、易于大面积生产、便于运输等。这种薄膜可广泛应用于制造柔性发光器件、塑料液晶显示器和柔性衬底非晶硅太阳能电池，还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚、汽车玻璃和民用建筑玻璃贴膜。

如果能够在柔性衬底上制备可控的n型ZnO基半导体薄膜将有望开辟ZnO基半导体器件应用的新领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性衬底生长n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜的方法。

本发明的柔性衬底生长n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜的方法，采用的是脉冲激光沉积法，包括以下步骤：

1)称量ZnO，MgO，Ga₂O₃粉末，ZnO、MgO和Ga₂O₃的质量比为87∶10∶3，将粉末球磨混合均匀、压制成型，然后在1000～1300℃温度下烧结，制得ZnMgO掺Ga陶瓷靶；

2)将步骤1)制得的陶瓷靶和清洗过的柔性衬底放入脉冲激光沉积装置生长室中，靶材与衬底之间的距离保持为4～6cm，生长室真空度至少抽至10^-3Pa，生长室通入O₂气体，控制压强为0.005～0.1Pa，保持室温，开启激光器，让激光束聚焦到靶面烧蚀靶材，形成余辉，沉积在衬底上，制得n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜。

上述的柔性衬底可以是聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺或聚碳酸酯。

本发明中，所说的ZnO，MgO和Ga₂O₃的纯度≥99.99％。薄膜的厚度可以通过改变沉积时间来调节。

本发明的有益效果在于：

1)方法简单，可在室温下生长电学性能优良n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜；其载流子浓度为10²⁰～10²¹cm^-3。

2)制得的薄膜透明导电、质量轻、可折叠、不易破碎。这种薄膜可广泛应用于制造柔性发光器件、塑料液晶显示器和柔性衬底非晶硅太阳能电池，还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚、汽车玻璃和民用建筑玻璃贴膜。

附图说明

图1是根据本发明方法采用的脉冲激光沉积装置示意图，图中：1为激光器；2为生长室；3为靶材；4为衬底；

图2是制得的n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜的透射谱。

具体实施方式

以下结合图1，通过实例对本发明作进一步的说明。

实施例1

柔性衬底生长n型ZnMgO掺Ga半导体薄膜的方法，步骤如下：