[发明专利]氧化亚锡多晶薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物多晶薄膜的制备方法，尤其涉及一种氧化亚锡多晶薄膜的制备方法。

背景技术

新型电子薄膜是当代微电子学、光电子学、磁电子学、太阳能利用、传感器等新兴交叉学科和产品的材料基础，并广泛渗透到当代科技的各个领域。其中，透明氧化物薄膜(Transparent Oxide thin Film)拥有制备工艺简单，且具有多功能性等特点，尤其是透明氧化物薄膜晶体管(Transparent oxideThin-Film Transistor，TTFT)的应用，近年来一直备受人们的关注。采用透明氧化物作为沟道层的薄膜场效应晶体管，已可实现场效应迁移率大于10cm²V^-1s^-1，开关比约为1×10⁸等稳定的性能。然而，多数氧化物半导体是n型导电的。所以，TTFT的应用就被限制在n沟道类型。

因此，发展p型氧化物基光电子及电子器件，是目前最受关注也备受挑战的课题之一。目前，常见的p型导电氧化物包括p型掺杂的氧化锌(ZnO)、氧化镍(NiO)以及一些铜(Cu)的氧化物。但这些p型氧化物半导体存在诸多问题，对于p型掺杂ZnO，主要是性能稳定性和重复性问题；NiO的理论空穴迁移率比较小，存在空穴迁移率低的问题；而Cu+的氧化物则存在或空穴迁移率低或难以降低空穴浓度等问题。

这些问题的存在长期以来都抑制了p型氧化物基电子器件的发展。2008年，日本人Yoichi Ogo等发表了关于以氧化亚锡(SnO)作为p型沟道层的薄膜场效应晶体管的报道(APPLIED PHYSICS LETTERS 93，032113，2008)。文章指出，SnO是一种优良的P型导电氧化物半导体，其空穴迁移率高于多数p型导电氧化物半导体(例如p型掺杂ZnO、NiO、Cu⁺的p型氧化物)的空穴迁移率。

至今，关于SnO薄膜制备尤其是气相法制备技术的公开并不多。2001年，美国密歇根大学的Pan X.Q.和Fu L.在蓝宝石衬底上利用SnO₂陶瓷靶(即利用化学方法制备的SnO₂粉末高温烧制的块状靶)和电子束蒸发法制备SnO薄膜(Journal of Electroceramics，7，35-46，2001)。2002年，Haiyan Fan and ScottA.Reid在Si(001)衬底上利用SnO₂陶瓷靶和脉冲激光沉积法制备了SnO多晶薄膜(Chem.Mater.2003，15，564-567)。Yoichi Ogo等人则在氧化钇稳定二氧化锆(yttria-stabilized zirconia，YSZ)(001)衬底上利用单相的SnO陶瓷靶和脉冲激光沉积法高温(575℃)制备了SnO外延薄膜。

上述制备方法或工艺复杂，并且对源材料(SnO₂靶或单相SnO靶)的制备要求、所用衬底的要求以及对设备的操作要求都比较高，因而制备难度高，并且也导致制备成本提高。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是：如何降低SnO薄膜的制备难度。

为解决上述技术问题，本发明提供氧化亚锡多晶薄膜的制备方法，包括步骤：使用电子束轰击SnO₂蒸发料，使得SnO₂蒸发；将蒸发物沉积在衬底上，形成SnO_x薄膜，其中1＜x＜2；在真空环境中对所述SnO_x薄膜进行退火处理，形成SnO多晶薄膜。

可选地，所述真空环境的真空度为2×10^-3Pa至5×10^-6Pa。本发明的发明人发现，较高的真空度可以避免杂质的生成，使得形成SnO薄膜的成分单一。

可选地，沉积速率小于0.04nm/s。本发明的发明人发现，SnO_x薄膜沉积速度过快，将使得形成的SnO多晶薄膜中包含金属Sn等杂质，这不利于SnO多晶薄膜的后续应用。也就是说，本发明的发明人通过创造性劳动，找到了确保形成单一成分SnO多晶薄膜所需的最高SnO_x薄膜沉积速度。

可选地，退火温度为400℃至650℃，退火时间为20min至40min。

可选地，所述衬底为石英玻璃衬底、康宁公司EAGLE2000玻璃非晶衬底或单晶衬底。

可选地，还包括清洗所述衬底的步骤。