[发明专利]氮掺杂P型二氧化锡薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化锡薄膜及制备方法，尤其是一种氮掺杂P型二氧化锡薄膜及其制备方法。

背景技术

二氧化锡具有优异的电学和光学性质，被广泛地应用于透明导电电极、气体敏感检测、太阳能电池以及短波长光电器件等方面。近期，人们为了探索和完善二氧化锡的应用范围，作了一些尝试和努力，如在2008年9月10日公开的中国发明专利申请公布说明书CN 101260512中披露的“一种钽掺杂氧化锡透明导电薄膜的制备方法”。该说明书中提及的制备方法为先将Ta₂O₅和SnO₂粉末混合、压制成形后，再烧结成钽掺杂氧化锡溅射靶材，之后，先采用磁控溅射法对靶材进行溅射，得到溅射态薄膜，再对溅射态薄膜进行热处理，得到最终产物——不同钽含量的掺杂氧化锡透明导电薄膜。但是，无论是钽掺杂氧化锡透明导电薄膜，还是其制备方法，都存在着欠缺之处，首先，最终产物为n型导电薄膜，虽有着优异的光电性能，以及良好的力学性能、化学耐久性、高温热稳定性等，却未能将表现为n型导电的二氧化锡薄膜通过掺杂后改变成为p型导电薄膜，以解决对于基于二氧化锡的电子或光电子器件而言，p-n结是这些器件中最基础的组成单元，因而需要同时具有p型和n型导电的薄膜材料之难题；其次，制备方法不仅不能获得具有p型导电的掺杂二氧化锡薄膜，还有着需预先制作溅射靶材的缺陷，也即需历经将掺杂物和SnO₂粉末经混合、压制和较长时间的高温烧结的环节，除增加了工艺的繁杂之外，还耗能、费时。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种具有p型导电性能的氮掺杂P型二氧化锡薄膜。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述氮掺杂P型二氧化锡薄膜的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：氮掺杂P型二氧化锡薄膜包括二氧化锡薄膜，特别是，

所述二氧化锡薄膜中掺杂有氮元素，所述掺杂有氮元素的二氧化锡薄膜中氮元素的百分含量为1～30％，其1s电子结合能为394.5～398.5电子伏特；

所述掺杂有氮元素的二氧化锡薄膜的导电类型为p型，其电阻率为0.14～12Ω·cm、空穴迁移率为0.62～3.6cm²/Vs、载流子浓度为10¹⁷～10¹⁹/cm³。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述氮掺杂P型二氧化锡薄膜的制备方法包括磁控溅射法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将锡金属靶和基底分别置于磁控溅射设备真空室内的阴极上和样品台中，其中，锡金属靶与基底间的距离为8～12cm，再待真空室的真空度≤5.0×10^-4Pa后，使真空室处于氮氩混合气氛下，溅射30～60min，得到氮化锡薄膜；

步骤2，将氮化锡薄膜置于空气或氩氧混合气氛中，于350～600℃下退火60～120min，制得氮掺杂P型二氧化锡薄膜。

作为氮掺杂P型二氧化锡薄膜的制备方法的进一步改进，所述的锡金属靶的纯度为≥99.99％；所述的基底为单晶硅或玻璃；所述的在将基底置于磁控溅射设备真空室内的样品台中之前，先对其分别使用丙酮、酒精和去离子水超声清洗20min后，再使用氮气吹干；所述的氮氩混合气氛中的氮气与氩气的体积比为1∶2～5；所述的是氮氩混合气氛下的压强为0.8～3.2Pa；所述的溅射源为直流功率源或射频功率源，其中，直流溅射时的直流功率源的输出功率为30～60W，射频溅射时的射频功率源的输出功率为50～150W；所述的氩氧混合气氛中的氩气与氧气的体积比为1～3∶1，流量为50sccm；所述的升温至退火温度的升温速率为20℃/min。