[发明专利]激光脉冲沉积法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体的方法

说明书

技术领域    本发明涉及一种利用脉冲激光沉积方法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜的方法，属于半导体材料技术领域。 

背景技术    ZnO是一种具有优异性能的宽禁带氧化物半导体材料，在电子和光电子器件应用方面具有很多优点，被认为是新一代的光电半导体材料，在光电子器件和信息材料中，具有广阔的应用前景。但制备掺杂ZnO基半导体薄膜一般采用烧结靶材溅射镀膜工艺，在制备不同含量ZnO基半导体薄膜时较为复杂。 

发明内容    为了克服现有制备不同含量ZnO基半导体薄膜的复杂工艺，本发明提供一种利用脉冲激光沉积方法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜的方法，能够较为简便的制备掺杂半导体。 

本发明采用脉冲激光沉积方法制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜方法，所制材料包括衬底，ZnO基层，扩散层。其特征在于，所述的扩散层为沉积Cu高温扩散掺杂进入ZnO基层形成的扩散层。 

本发明具有Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜，采用脉冲激光沉积方法制备，衬底为(100)硅单晶，激光脉冲腔内真空度5×10^-4Pa，沉积温度为450℃，激光频率4Hz，激光能量190kV，ZnO薄膜溅射时间40分钟，在上述基础上加镀Cu层，沉积时间为2分钟，450℃保温30分钟，制备Cu扩散掺杂的ZnO基薄膜。薄膜在腔体内自然冷却至室温而形成。 

采用脉冲激光沉积制备Cu扩散掺杂ZnO基半导体薄膜技术如下： 

(1)本实验所采用的衬底为2英寸的单晶Si(100)衬底，单面抛光。将Si片浸没在丙酮中，置于超声波发生器中清洗一小时，无水乙醇超声清洗一小时，离子水超声清洗一小时，取出置于恒温干燥箱中烘干。 

(2)将ZnO基靶、Cu靶靶材和衬底分别固定在相应的样品架上，调整衬底与靶材的距离为50mm，然后旋紧阀门，关闭真空室。 

(3)打开分子泵冷却水，打开电源，开启机械泵，打开旁抽阀，数分钟后打开真空计。当系统真空度达到2^-3Pa时，关闭旁抽阀，打开隔断阀，并启动分子泵。 

(4)设定衬底温度，当系统真空度达到5×10^-4Pa以上时先在低功率下预热炉丝3分钟，升温速率控制在15～20℃/分钟，升温至薄膜生长所需的温度。 

(5)当衬底温度和反应室内压强达到预设值时，先溅射ZnO基靶在衬底上形成一层ZnO基薄膜(40分钟)，再溅射Cu靶，通过控制溅射时间来控制薄膜中Cu的含量。450℃保温30分钟以确保Cu在ZnO基薄膜中扩散充分。 

具体实施方式

(1)衬底清洗 

本实验所采用的衬底为2英寸的单晶Si(100)衬底，单面抛光，其电阻率为1.9～2.6×10³Ω/cm。首先将Si片浸没在丙酮中，置于超声波发生器中清洗一小时，无水乙醇超声清洗一小时，离子水超声清洗一小时，取出置于恒温干燥箱中烘干。 

(2)靶材及衬底的安装 

将ZnO基靶、Cu靶靶材和衬底分别固定在相应的样品架上，调整衬底与靶材的距离为50mm，然后旋紧阀门，关闭真空室。 

(3)抽真空 

首先打开分子泵冷却水，打开电源，开启机械泵，打开旁抽阀，数分钟后打开真空计；当系统真空度达到2^-3Pa时，关闭旁抽阀，打开隔断阀，并启动分子泵。 

(4)衬底加热 

设定衬底温度，当系统真空度达到5×10^-4Pa以上时先在低功率下预热炉丝3分钟，升温速率控制在15～20℃/分钟，升温至薄膜生长所需的温度。 

(5)Cu扩散掺杂ZnO基样品的制备 

当衬底温度和反应室内压强达到预设值时，先溅射ZnO基靶在衬底上形成一层ZnO基薄膜(40分钟)，再溅射Cu靶，通过控制溅射时间来控制薄膜中Cu的含量。450℃保温30分钟以确保Cu在ZnO基薄膜中扩散充分。