[发明专利]Li掺杂生长p型透明导电Ni1-xMgxO晶体薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Li掺杂生长p型透明导电Ni_1-xMg_xO晶体薄膜的方法，属于p型透明导电薄膜技术领域。

背景技术

透明导电氧化物(TCO)薄膜是一种重要的光电材料，因其独特的透明性与导电性结合于一体而在太阳能电池、平板液晶显示器、发光二极管等领域有着广泛的应用前景。n型TCO材料，如ITO (In₂O₃:Sn)， FTO (SnO₂:F)和AZO (ZnO:Al)，其光电性能已达到较好水平，且已经广泛应用于商业化产品中。

然而，与之相应的p型TCO材料的种类少，且其光电性能与n型TCO比较相差甚远，因而在一定程度上限制了其在透明电子和光电子器件中的应用。因此，探索和研究具有良好光电性能的p型TCO薄膜材料，具有现实的实际意义和广泛的应用价值。

NiO是一种典型的具有直接带隙的本征p型宽禁带（3.7 eV）半导体材料，NiO和MgO均具有立方NaCl晶体结构，且晶格常数相近，NiO晶格常数为0.4177 nm，MgO晶格常数为0.4212 nm，所以理论上可以获得任意组分的Ni_1-xMg_xO (O<x<1)无限固溶体合金薄膜。MgO的禁带宽度为7.8 eV，通过在NiO中掺入Mg，可对其禁带宽度进行连续调节，从而实现其能带工程。但是，通常制备的Ni_1-xMg_xO合金薄膜呈现高阻，很大程度上限制了其作为宽带隙半导体材料在光电子器件方面的应用。理论和实验研究表明Li是NiO的一种理想的受主掺杂元素，因而通过对Ni_1-xMg_xO晶体薄膜进行Li受主掺杂理论上也能有效增加空穴载流子浓度，从而降低其电阻率，为带隙连续可调的Ni_1-xMg_xO薄膜在短波长光电子器件方面的应用奠定基础。脉冲激光沉积法具有沉积参数易控、易保持薄膜与靶成分一致、能实现实时掺杂且薄膜晶体质量好等优点，但是到目前为止还没有利用这种方法制备Li掺杂的p型NiMgO晶体薄膜的报道。

因此，开发Li掺杂生长p型透明导电Ni_1-xMg_xO晶体薄膜，具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有p型TCO薄膜材料种类少、光电性能差以至难以满足光电子器件应用的要求的问题，提供一种Li掺杂生长p型透明导电Ni_1-xMg_xO晶体薄膜的方法。

本发明的上述目的，通过以下技术方案得以实现。

一种Li掺杂生长p型透明导电Ni_1-xMg_xO晶体薄膜的方法，其所述方法采用脉冲激光沉积法，其方法步骤如下：

1）称量纯NiO、纯MgO和纯Li₂CO₃粉末，其中Mg的摩尔百分含量x为0<x<40，Li的摩尔百分含量y为0<y<10%，将上述粉末球磨混合均匀后压制成型，在800 °C预烧结1小时以上，再在1100~1200 °C烧结4小时以上，制得掺Li的Ni_1-xMg_xO陶瓷靶材； 

2）将步骤1)制得的陶瓷靶和用丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗并用氮气吹干后的衬底放入脉冲激光沉积装置的生长室中，靶材与衬底之间的距离为4~6 cm，生长室背底真空度抽至10^-4 Pa，衬底加热使温度保持为300~500 °C，以纯O₂为生长气氛，控制压强为0.1~20 Pa，激光频率为3~5 Hz，生长后冷却至室温，获得Li掺杂p型透明导电Ni_1-xMg_xO晶体薄膜。

在上述技术方案中，进一步的附加技术特征在于：

其所获得Li掺杂p型透明导电Ni_1-xMg_xO晶体薄膜在氧气气氛保护下原位退火30 min后缓慢冷却至室温。

其所述Li掺杂p型透明导电Ni_1-xMg_xO晶体薄膜的厚度为50~400 nm。

其所述衬底是硅、蓝宝石、玻璃或石英。