[发明专利]p型透明氧化物半导体CuCrO2薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体地说是涉及一种p型透明氧化物半导体CuCrO₂薄膜材料的制备方法。

背景技术

随着半导体技术，特别是透明氧化物半导体(Transparent OxidesSemiconductors，TOSs)薄膜技术的迅速发展，一些n型TOSs薄膜已经广泛地应用到平面显示、太阳能电池、电磁屏蔽等领域中，如掺Sn的In₂O₃(ITO)、掺F的SnO₂(FTO)、掺Al的ZnO(ZAO)等。然而，目前所应用的TOSs基本上都是n型半导体，p型TOSs相对缺乏，这种现状阻碍了以透明p-n结为基础的全透明光电子器件的研究与开发。虽然近十年来p型TOSs薄膜也取得了非常大的进展，但是与目前比较成熟的n型TOSs相比较，其电导率仍然相差3～4个数量级，进而难以实现具有良好整流特性的全透明p-n结。由于缺少性能优良的p型TOSs薄膜材料，因而大大限制了这些材料的实际应用。

CuCrO₂作为一种具有铜铁矿结构的材料，除了具有p型透明导电性以外，最近又发现了其具有非常优异的高温热电性能，以及一些和磁学相关的性能，使其逐渐演变成一种集磁、光、电于一身的材料。制备CuCrO₂的原材料价格低廉，合成方法相对简单，一直受到人们的青睐。目前现有的p型CuCrO₂薄膜材料制备主要采用脉冲激光沉积(PLD)方法，该方法是利用聚焦后的激光束对靶材进行瞬时烧蚀，被烧蚀的区域升华，然后沉积到衬底上。由于激光烧蚀的区域非常有限，而且受到脉冲激光能量的限制，所制备的薄膜不但成本比较高，而且均匀成膜的面积也比较小，极大地阻碍了p型CuCrO₂薄膜在工业上的应用与推广。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的p型CuCrO₂薄膜沉积面积小，生产成本高，不具有大规模生产能力的问题，提供一种沉积面积大，生产成本低，且适用于工业化生产的p型透明氧化物半导体CuCrO₂薄膜材料的制备方法。

本发明所提供的一种p型透明氧化物半导体CuCrO₂薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纯度均为99.9％的Cu₂O粉体和Cr₂O₃粉体按Cu与Cr的原子比为1∶1配料，然后球磨混合，烘干后在1150℃煅烧12h，生成纯相的CuCrO₂粉体，将CuCrO₂粉体采用热压法压制成陶瓷靶材；

(2)采用步骤(1)制成的CuCrO₂陶瓷靶材，利用磁控溅射方法，以石英片为衬底，衬底温度为400～600℃，以纯度为99.999％的Ar和N₂O的混合气体作溅射气体，工作气压为0.8～1.2Pa，N₂O分压为0～20％，溅射功率为80～120W，沉积时间为90min，薄膜沉积好之后，置于管式炉中进行退火，采用纯度为99.999％的N₂作保护气氛，退火温度为800～1000℃，退火时间为3～5h，退火后获得纯相CuCrO₂薄膜。

上述衬底温度优选500℃，工作气压优选1.0Pa，N₂O分压优选20％，溅射功率优选100W，退火温度优选950℃，退火时间优选5h。