[发明专利]一种提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法

说明书

本发明公开一种提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法，通过在p型含氧金属化合物薄膜中掺杂原子，所掺杂的原子的最外围轨道能和氧2p轨道形成化学键，能提高价带顶部的散度和增加价带顶的斜率，故而能提高提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率。可以是，所掺杂的原子的最外围轨道为2s或3s轨道，或者所掺杂的原子的最外围轨道具有3dsupgt;10/supgt;电子排布模型。通过掺杂成键，能降低空穴迁移的能量势垒，提升迁移率。

技术领域

本发明涉及半导体导电技术领域，尤其涉及一种提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法。

背景技术

含氧金属化合物薄膜通过调整其金属和氧的组分，可以控制薄膜的光透射率、导电性，实现同时具有高导电性和高光透射率这两种矛盾的特性，这种透明导电薄膜正广泛应用在各式各样的半导体光电器件中，如太阳电池、TFT器件等。提高薄膜的导电性可以通过提高其载流子迁移率或是载流子浓度来达成，一般来说通过提升迁移率的方式更收到青睐，因为提升载流子浓度会造成散射效应，迁移率降低，而高浓度的载流子也会使薄膜在长波长光线的吸收量增加，不利于某些器件的应用，例如太阳电池。通过提高迁移率的方式，则可以避免这个问题，同时高的迁移率意味着电子可以进行高速移动，电响应速度快，应用于开关元件更具优势。

含氧金属化合物的能带结构，可以分为导带和价带，n型半导体的导电性是通过电子进行传输，所以是取决于导带的结构，而p型半导体则由共价带的空穴决定。不管是电子或是空穴都被视为是载流子，根据半导体物理，载流子的迁移率由有效质量所决定，对p型半导体的空穴，其有效质量与价带顶部的斜率有关，斜率越大的有效质量越低，则空穴迁移率越高。

然而，对p型金属半导体而言，提升迁移率并不如n型半导体般顺利，这是因为p型半导体对应的载流子是空穴，其吸引电子填充造成空穴在价带中移动。然而，含氧金属化合物的价带由氧2p轨域构成(n型由金属原子的轨道构成)，由于氧具有高电负度，容易牢牢吸引电子而造成电子填充临近空穴的机会大大降低，这也代表空穴受到束缚，移动速度慢，迁移率小。

发明内容

为了解决p型含氧金属化合物薄膜的空穴受到氧的束缚，导致空穴移动速度慢、迁移率小的问题，发明人进行了深入研究，以提出一种能提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方案。

具体的，本发明提出了一种提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法，通过在p型含氧金属化合物薄膜中掺杂原子，所掺杂的原子的最外围轨道能和氧2p轨道形成化学键，能提高价带顶部的散度和增加价带顶的斜率，故而能提高提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率。本方法还具有以下进一步改进方案。

作为本发明的提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法的进一步改进，所掺杂的原子的最外围轨道为2s或3s轨道。

作为本发明的提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法的进一步改进，所掺杂的原子为Li。

作为本发明的提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法，以掺杂的原子为Li的基础上的第一种改进，设定所述p型含氧金属化合物薄膜是Cu₂O薄膜。本方法使用原子层沉积系统，配备CH₃LiO和C₂₂H₃₈CuO₄前驱金属源，以及配备O₂等离子源，调整CH₃LiO和C₂₂H₃₈CuO₄的流量比，以控制Li的掺杂量，沉积出掺杂Li的氧化亚铜薄膜。

作为本发明的提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法的进一步改进，在上述制备掺杂Li的氧化亚铜薄膜的方法中，设置CH₃LiO和C₂₂H₃₈CuO₄的流量比为1:6。