[发明专利]一种Li掺杂的P-型氧化锌薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Li掺杂的P-型氧化锌薄膜的制备方法，属半导体电功能薄膜制备工艺技术领域。

背景技术

ZnO是一种II-VI族化合物半导体材料，禁带宽度为3.37eV，室温下激子结合能为60meV，在光电、压电、热电、铁电等诸多领域都具有优异的性能，在短波长光电器件领域有着极大的应用潜力，在低维纳米领域也表现优异，拥有各种各样的纳米结构。

要实现在光电领域的广泛应用，首先必须获得性能良好的n-型和p-型ZnO材料，并实现透明的ZnO同质p-n结。高质量的n-型ZnO很容易实现，但是ZnO的p-型掺杂由于其固有的极性却非常困难，这是目前制约ZnO实际应用的瓶颈，也是ZnO研究中面临的主要挑战。一般来说，引起掺杂困难的因素主要有三个方面：(1)杂质的固溶度比较低。(2)虽然杂质有足够的固溶度，但是却有很深的杂质能级，在工作温度下不能被电离。(3)会自发的形成补偿缺陷。第一个因素主要依赖于杂质的选择和生长环境。第二个因素只依赖于杂质的选择。因此，这两个因素有时可以通过选择适当的杂质、控制生长环境解决。第三个因素却是半导体内在的本质问题，最难被克服，特别是对于宽禁带半导体。这是因为半导体中补偿缺陷的形成能与费米能级(E_F)所处的位置有线性依赖的关系。

当一个半导体中被掺入杂质后，费米能级会移动位置，这会导致自发的形成补偿缺陷。比如，当对半导体进行p-型掺杂，费米能级会向价带顶的方向移动。于是，带电施主缺陷的形成能就会降低，因为它们需要向费米池中提供电子(如图1所示)。由于宽禁带半导体有更加低的价带顶，施主缺陷形成能的降低幅度会变的非常大，这会极大的促进施主缺陷的形成。另外，更低的价带顶位置会导致更高的受主电离能。

发明内容

本发明的目的是提供一种Li掺杂的P-型氧化锌薄膜的制备方法

本发明采用溶胶-凝胶法制备Li掺杂的P-型ZnO透明导电薄膜。

本发明一种Li掺杂的P-型氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a.采用分析纯的二水合醋酸锌为ZnO的前驱体，醋酸锂为掺杂剂，以乙二醇甲醚为溶剂，以二乙醇胺作为稳定剂；首先用电子天平称取等摩尔的二水合醋酸锌和二乙醇胺溶于一定量的溶剂乙二醇甲醚中；搅拌使混合均匀；然后再加入一定量的醋酸锂；使锂离子的摩尔质量与锌离子摩尔质量两者的比例为0.1∶1；也即醋酸锂与醋酸锌溶液的摩尔浓度比为0.1∶1；将所得混合液在60℃温度下恒温搅拌1～2小时，得到澄清均匀的胶体溶液，将此溶液静置24～36小时，得到溶胶；

b.接着使用旋涂法进行涂膜；将上述制得的溶胶滴在清洗干净的石英玻璃衬底上，以3000rpm的转速旋涂30～40秒成膜；然后放到烤胶机中进行预热处理，温度为300～400℃，保持时间为5～10分钟，以去除薄膜中的有机物和水等物质，并且提高薄膜的附着力；重复上述涂膜操作多次，得到一定厚度的掺Li氧化锌薄膜；

c.然后再将上述氧化锌薄膜放入管式退火炉中进行高温退火处理，处理温度为500～800℃间为2～3小时，升温速率为4～6℃/min；待样品冷却至室温，取出，用密封袋保存，待用；最终的产品即为Li掺杂的P-型氧化锌薄膜。

本发明的原理和特点如下所述：