[发明专利]一种p型半导体掺镍氧化铜靶材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种p型氧化物半导体Cu_1-xNi_xO(x＝0.01～0.15)靶材及其制备方法。

背景技术

透明导电氧化物(TCO)薄膜是一种氧化物半导体材料，以其独特的透明性与导电性结合于一体而广泛应用于平板显示、太阳能电池等领域。随着平板显示和太阳能产业的发展，透明导体薄膜的重要性越发被人们所认识。TCO薄膜根据导电特性可分为n型和p型两类。n型TCO材料，如In₂O₃:Sn(ITO)和SnO₂:F(FTO)作为透明电极，其光电特性已达到较好的水平。而与之相对应的p型TCO材料的研究虽然也已开展并取得了一定的成果，但是长期以来并未达到实用的水平。

1997年Kawazoe等报道了CuAlO₂具有p型导电性和在可见光区的透明性。后来，在同构的CuMO₂(M＝Ga，Y，Sc，In)中也发现了类似CuAlO₂的p型导电性质。N、P或As掺杂的ZnO薄膜是近年来p型透明导体研究的另一个热点，人们采用脉冲激光沉积(PLD)、分子束外延、金属有机化学气相沉积、磁控溅射等薄膜生长方法制备出高质量的ZnO薄膜，但p型掺杂都会在材料内部同时产生“空穴杀手”间隙Zn和氧空位，从而无法实现稳定而实用化的p型导电类型。

近年来，世界各国都在大力推动太阳能利用技术的发展，太阳能光发电在各个国家正受到前所未有的重视，但还存在能量转换效率太低的问题。如果太阳光伏能源系统能够使用p型TCO材料，就能够大幅度提高太阳能电池的效率，进而降低太阳能电池系统的成本。因为n型和p型TCO材料迭加起来作透明阴阳极可以最大程度地使太阳光能进入装置中。

优良光电性能的p型透明材料的研究，也有助于透明p-n结，透明晶体管和透明场效应晶体管等透明电子学器件的发展。

优良光电性能的p型透明导电氧化物薄膜的缺乏，源于缺乏良好特性的p型导电材料。因此，研究和开发具有优良光电性能的p型氧化物半导体靶材及其制备技术，不仅具有理论意义，而且具有应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成份均匀、性能优良的p型氧化物半导体耙材及其制备方法。

本发明提出的p型氧化物半导体靶材，具体是一种掺镍氧化铜Cu_1-xNi_xO(x＝0.01～ 0.15)块体材料，采用烧结工艺制备获得，靶材最高电导率达到3.9×10^-3S·cm^-1。

本发明提出的P型半导体Cu_1-xNi_xO陶瓷靶的制备方法，具体步骤为：采用纯度99.8％以上的CuO粉末和纯度99％以上的NiO粉末，按Cu_1-xNi_xO(x＝0.01～0.15)成分比例配制混合粉末，将粉末混合研磨后，用粉末压片机在压强为12-18MPa下干压成型。然后将靶材送入管式电阻炉中进行烧结处理，炉中通入N₂作为保护气体，炉温从室温升高到烧结温度800-1000℃，保温10-15小时，然后自然冷却到280-320℃，取出靶材。敲碎后再次研磨，用粉末压片机在18-22MPa下压制成型。再在管式电阻炉中进行烧结处理，烧结条件同上，即N2作为保护气体，升高到烧结温度800-1000℃，保温10-15小时，然后自然冷却到280-320℃。即得陶瓷靶材。所制备的靶材的电导率在0.13～3.9×10^-3S·cm^-1之间。

本发明较佳的制备条件如下：

CuO粉末和NiO粉末混合之后化学剂量比为Cu_0.95Ni_0.05O的靶材。

粉末压片机第一次干压成型压强为14-16MPa，第二次干压成型压强为20-22MPa。

管式电阻炉烧结温度为900-1000℃，保温时间10-12小时。

实验结果表明，该发明制作工艺简单、经济、制成的靶材成分均匀，性能稳定，且具有p型导电性能，电导率最高达到3.9×10^-3S·cm^-1。采用该发明制备的陶瓷块体材料作为靶材，经PPD技术沉积镀膜后，所制备的薄膜具有p型高电导率、可见光范围高透射率的光电特性，这在太阳能电池、透明电子学和新型光电器件领域具有潜在的应用前景。