改变半导体材料PN型的制备方法

1075 编辑：中冶有色技术网来源：北京工业大学

2023-10-25 11:41:05

一种改变半导体材料pn型的制备方法

技术领域

1.本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种通过改变制备参数可以改变材料的pn型制备方法。

背景技术：

2.p型半导体又称空穴型半导体，是以带正电的空穴导电为主的半导体。空穴相当于带正电的粒子，在这类半导体的导电中起主要作用。n型半导体也称为电子型半导体。即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。当p型半导体和n型半导体紧密接触时，就会产生pn结结构，这种结构会在接触面附近产生空间电荷区。根据这个特性，利用pn结可以制造多种功能的晶体二极管，并广泛应用与现代工业中。

3.目前，pn结中的当p型半导体和n型半导体一般分别用复杂不同的掺杂制备工艺获得。利用pn结不同的特性，可以具有不同的应用，比如：整流二极管、检波二极管、雪崩二极管、隧道二极管、变容二极管、半导体激光二极管、光电探测器和太阳能电池等。因此在实际应用中就需要多种p型半导体和n型半导体的性质。目前的方法不可避免的伴随着工序复杂，制备周期长，成分不可变，成本高，成品尺寸大等缺点，很难更好的适应现在工业上的要求。

技术实现要素：

4.本发明的目的是一种改变半导体材料pn型的新方法。

5.本发明将一种硒化锌掺杂半导体沉积到基底表面形成半导体薄膜，通过控制制备条件，达到控制基片上半导体薄膜pn型的目的。制备过程中选择使用脉冲激光沉积技术(pulse laser deposition,pld)完成薄膜的制备，基片选择使用石英玻璃。上述靶材为znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

半导体掺杂材料。

6.本发明的半导体材料通过脉冲激光沉积法来制备的，采用如下技术方案实现：先采用固体反应烧结法制备znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷靶材，再采用脉冲激光沉积法制备znse:mo:ga薄膜，通过控制不同的制备条件，得到不同pn特性的半导体薄膜。

7.具体步骤如下：

8.1)制备znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷靶材：

9.烧结是陶瓷生产过程中必不可少的一部分。本发明中采用固相反应烧结法制备了znse:mo:ga陶瓷材料，其摩尔配比为4:3:3；根据化学计量比利用电子天平对znse(99.99％)、mo(99.99％)和ga2o3(99.999％)的粉末进行称重，粉末在玛瑙砂浆中手动研磨2小时，然后在球磨机中研磨6小时；将混合粉末压入压力为10mpa的圆柱形模具中15分钟，以完成圆柱形散装材料的制备；所得块状材料在1800℃的温度下烧结8小时，烧结在高温管式炉中，在烧结过程中添加ar气氛以消除氧的影响，然后重复研磨，最终获得znse0.4:mo0.3:ga0.3陶瓷材料；

10.2)生长znse:mo:ga薄膜：

11.以步骤1)中制备的znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷为靶材，以石英玻璃为衬底，采用脉冲激光沉积法制备znse:mo:ga薄膜，脉冲激光脉冲宽度为10ns，重复频率为10hz，单脉冲能量为200mj；脉冲激光通过凸透镜和真空腔窗口，最终聚焦到靶材表面；当激光聚焦在靶材表面时，使等离子体羽流溅到基片表面，最后在靶材对面的基片表面沉积得到纳米薄膜；在沉积过程中，平均激光功率设置为400mw，沉积时间严格控制在30min；脉冲激光沉积的温度为25℃-800℃、压强为4pa-10pa；根据调整上述的温度或/和压强可以得到p型或n型材料，进而改变半导体材料pn型。

12.在得到p型材料的基础上通过提高温度或/和增加压强能够得到n型材料。

13.本发明具有的有益效果：

14.本发明只利用同一块半导体靶材，采用脉冲激光沉积法，制备出纳米结构、结晶质量好、表面光滑的pn型完全不同的半导体薄膜，为拓展、优化半导体应用创造了良好的前提条件。

附图说明

15.图1是实施例1制备的znse:mo:ga薄膜的实物图和xrd图谱。

16.图2是实施例2制备的znse:mo:ga薄膜的实物图和xrd图谱。

具体实施方式

17.以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。，但本发明并不限于以下实施例。

18.制备出的znse:mo:ga薄膜的实物图和xrd图谱，见图1。结合末尾的表一可得出，薄膜样品中的衍射峰基本上只有40.5

°

位置的mo(110)峰。在10pa和800℃下的曲线上，35

°

到40

°

衍射范围内发现一个宽峰。通过比较，可以发现该衍射峰属于ga2o3成分。宽峰代表非晶态结构，这证明在此条件下ga2o3的结晶化是不完整的。同时随着温度和压强的增大，薄膜的只有在10pa和800℃条件下，电阻率才会发生明显的突变，随着载流子浓度的增加，电阻率降低。结果显示可以控制薄膜的p型和n型。

19.实施例1

20.1)制备znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷靶材：

21.烧结是陶瓷生产过程中必不可少的一部分。本发明中采用固相反应烧结法制备了znse:mo:ga陶瓷材料，其配比分别为4:3:3。根据化学计量比利用电子天平对znse(99.99％)、mo(99.99％)和ga2o3(99.999％)的粉末进行称重。粉末在玛瑙砂浆中手动研磨2小时，然后在球磨机中研磨6小时。将混合粉末压入压力为10mpa的f20mm圆柱形模具中15分钟，以完成圆柱形散装材料的制备。大块材料在1800℃的温度下烧结8小时。在高温管式炉中，在烧结过程中添加ar气氛以消除氧的影响。重复研磨(包括研磨)后的过程两次，最终获得znse0.4:mo0.3:ga0.3陶瓷材料。

22.2)生长znse:mo:ga薄膜：

23.以步骤1)中制备的znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷为靶材，以石英玻璃为衬底，采用脉冲沉积法制备znse:mo:ga薄膜，使用355nm(nd:yag，gcr-170)作为紫外光源，脉冲宽度为10ns，重复频率为10hz，单脉冲能量为200mj。脉冲激光通过凸透镜和真空腔窗口，最终聚焦

到目标表面。当激光聚焦在靶材表面时，使等离子体羽流溅到基片表面，最后在靶材对面的基片表面沉积得到纳米薄膜。在沉积过程中，平均激光功率设置为400mw，沉积时间严格控制在30min。制备压强为0.45pa，温度为25℃、400℃、800℃。

24.实施例2

25.1)同实施例1中的步骤1)；

26.2)除将沉积条件改为25℃温度下4pa、6pa和10pa，其他操作均同实施例1中的步骤2)；

[0027][0028]

表1实施例1-2制备的p-n结薄膜的霍尔效应检测结果。技术特征：

1.一种改变半导体材料pn型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷靶材：2)生长znse:mo:ga薄膜：以步骤1)中制备的znse

0.4

:mo

0.3

:ga

0.3

陶瓷为靶材，以石英玻璃为衬底，采用脉冲激光沉积法制备znse:mo:ga薄膜，脉冲激光脉冲宽度为10ns，重复频率为10hz，单脉冲能量为200mj；脉冲激光通过凸透镜和真空腔窗口，最终聚焦到靶材表面；当激光聚焦在靶材表面时，使等离子体羽流溅到基片表面，最后在靶材对面的基片表面沉积得到纳米薄膜；在沉积过程中，平均激光功率设置为400mw，沉积时间严格控制在30min；脉冲激光沉积的温度为25℃-800℃、压强为4pa-10pa；根据调整上述的温度或/和压强可以得到p型或n型材料，进而改变半导体材料pn型。2.按照权利要求1所述的、一种改变半导体材料pn型的制备方法，其特征在于，步骤1)采用固相反应烧结法制备了znse:mo:ga陶瓷材料，其摩尔配比为4:3:3；根据化学计量比利用电子天平对znse(99.99％)、mo(99.99％)和ga2o3(99.999％)的粉末进行称重，粉末在玛瑙砂浆中手动研磨2小时，然后在球磨机中研磨6小时；将混合粉末压入压力为10mpa的圆柱形模具中15分钟，以完成圆柱形散装材料的制备；所得块状材料在1800℃的温度下烧结8小时，烧结在高温管式炉中，在烧结过程中添加ar气氛以消除氧的影响，然后重复研磨，最终获得znse0.4:mo0.3:ga0.3陶瓷材料。3.按照权利要求1所述的一种改变半导体材料pn型的制备方法，其特征在于，在得到p型材料的基础上通过提高温度或/和增加压强能够得到n型材料。

技术总结

一种改变半导体材料PN型的制备方法，涉及半导体材料领域。将硒化锌掺杂半导体沉积到基底表面形成半导体薄膜，通过控制制备条件，达到控制基片上半导体薄膜PN型的目的。制备过程中选择使用脉冲激光沉积技术完成薄膜的制备，基片选择使用石英玻璃。本发明的半导体材料通过脉冲激光沉积法来制备的，采用如下技术方案实现：先采用固体反应烧结法制备ZnSe

技术研发人员：王丽高东文苏雪琼王进

受保护的技术使用者：北京工业大学

技术研发日：2022.03.16

技术公布日：2022/6/21

声明：

“改变半导体材料PN型的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)