[发明专利]一种增强硅基二氧化钛器件的电致发光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电致发光方法，具体为一种增强硅基二氧化钛器件的电致发光的方法。

背景技术

TiO₂是间接禁带半导体，因此室温带边发光的效率非常低。尽管如此，由于TiO₂存在由缺陷态引起的发光中心，它在可见光区域显示了良好的发光性能。已有研究者实现了TiO₂的电致发光(Y.Nakato，A.Tsumura andH.Tsubomura，J.Phys.Chem 87(1983)2402，R.R.C.Word andM.Godinez，Nanotechnology 17(2006)1858)，本发明人也通过热氧化的方法制备了TiO₂/p⁺-Si异质结，获得了TiO₂的可见电致发光(Y.Y.Zhang，X.Y.Ma，P.L.Chen，D.S.Li and D.R.Yang，Appl.Phys.Lett.94(2009)061115)。如何进一步提高TiO₂的电致发光强度是值得研究的课题。研究表明，TiO₂的缺陷发光主要来自于氧空位，因此提高TiO₂的电致发光强度的关键就是提高TiO₂中氧空位的浓度。而通过掺杂、缺氧反应和等离子体处理等方法可以提高氧空位浓度(S.U.M.Khan，M.Al-Shahry，and W.B.J.Ingler，Science 297(2002)2243，H.Shima，N.Zhong，and H.Akinaga，Appl.Phys.Lett.94(2009)082905，D.Kan，T.Terashima，R.Kanda，A.Masuno，K.Tanka，S.Chu，H.Kan，A.Ishizumi，Y.Kanemitsu，Y.Shimakawa，and M.Takano，Nat.Mater.4(2005)816)，其中等离子体处理方法相对比较简单。

发明内容

本发明提供一种简单的增强硅基二氧化钛器件的电致发光的方法，利用等离子体增强化学气相沉积设备对TiO₂进行Ar等离子处理。

一种增强硅基二氧化钛器件的电致发光的方法，包括以下步骤：

1)将电阻率为0.005-50欧姆·厘米的P型或N型硅片清洗后，在硅衬底上制备TiO₂薄膜；在硅衬底上制备TiO₂薄膜可利用常规的溅射、热氧化、蒸发或者溶胶-凝胶等方法；

2)将TiO₂薄膜放入等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，反应室真空度抽至5×10^-3Pa，通入Ar气，在10Pa～80Pa压强下，衬底温度为100℃～400℃，进行Ar等离子处理，功率为20w～70w，时间为0.5h～3h；

3)在TiO₂薄膜上溅射透明ITO(Indium Tin-Oxide铟锡氧化物)电极，在硅衬底背面沉积欧姆接触电极。

TiO₂的电致发光是由氧空位引起的，而Ar等离子体处理可以使氧空位浓度增高，所以经等离子体处理后TiO₂的电致发光增强。

本发明可以通过调节Ar气的压强来调节Ar等离子体的浓度，调节功率来调节Ar气的离化程度，调节衬底温度和处理时间来调节Ar等离子体和TiO₂薄膜的反应程度。

Ar气的压强越大，即反应室中的Ar气越多，则Ar等离子体的浓度越高。TiO₂与Ar气的作用可以用如下反应方程式表示：

Ar⇔Ar++e----(1)]]>