本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種激光技術(shù)制備二氧化錫半導(dǎo)體薄膜及其微結(jié)構(gòu)缺陷湮滅的實(shí)驗(yàn)工藝，屬于半導(dǎo)體薄膜制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。二氧化錫是近年來引起廣泛關(guān)注的一種n-型半導(dǎo)體功能材料，在微電子工業(yè)、光電子器件以及太陽能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。利用脈沖激光沉積方法，控制一定工藝參數(shù)，在室溫下，將薄膜沉積在玻璃襯底上，制備出了二氧化錫半導(dǎo)體薄膜；該薄膜存在著若干微結(jié)構(gòu)缺陷，使其應(yīng)用受到限制，然而，采用在高分辨電子顯微鏡，將上述具有微結(jié)構(gòu)缺陷的薄膜進(jìn)行300℃原位退火2小時(shí)，簡單地成功實(shí)施了二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的微結(jié)構(gòu)缺陷的湮滅技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了薄膜微結(jié)構(gòu)無缺陷的工藝，本方法在薄膜制備領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及應(yīng)用一種真空物理沉積工藝？？即脈沖激光沉積技術(shù)，制備二氧化錫半導(dǎo)體薄膜及使其微結(jié)構(gòu)缺陷湮滅的實(shí)驗(yàn)工藝或方法，屬于氧化物半導(dǎo)體薄膜制備工藝
技術(shù)介紹
隨著微電子工業(yè)的飛速發(fā)展，各種薄膜/顆粒、納米技術(shù)及工藝的日臻成熟，使得氧化物功能薄膜或顆粒作為半導(dǎo)體材料、介電材料、電極材料、氣體敏感材料以及催化劑材料等，并已在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。二氧化錫是一種典型的直接寬帶隙型半導(dǎo)體功能材料，其體帶隙約為3.6 eV (在300 K時(shí))，激子束縛能為130 meV，激子玻爾半徑約為27 nm，可作為短波長發(fā)光器件、激光器、固態(tài)平面顯示器、光存儲及氣體傳感器等方面的重要應(yīng)用材料。由于這種半導(dǎo)體材料具有電子束縛能低而易受激和有較大的電子遷移率等優(yōu)點(diǎn)，故它在微電子工業(yè)、光電子器件以及太陽能電池的光熱轉(zhuǎn)換器等諸多領(lǐng)域內(nèi)，具有廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料。薄膜技術(shù)作為器件微型化的關(guān)鍵技術(shù)，是制備各類新型功能薄膜與器件的有效手段。以往，各種物理及化學(xué)方法(如:化學(xué)氣相沉積-CVD，真空電子束蒸發(fā)或等離子濺射等等)，制備半導(dǎo)體材料薄膜，均不同程度存在其組份、結(jié)構(gòu)及均勻性乃有不足之處。但是,脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition,簡稱PLD)技術(shù)，卻是一種新型薄膜制備技術(shù)，它最早被用于沉積以YBCO為代表的高溫超導(dǎo)薄膜，由于其具有保持組分不變(可制備與靶材組分一致的多元化合物薄膜) 、使用范圍廣(可制備包括部分有機(jī)材料在內(nèi)的各種薄膜材料)、沉積速率高，再現(xiàn)性能好、在較低溫度下原位生長取向一致的織構(gòu)膜和外延單晶膜、而且靈活的換靶裝置便于實(shí)現(xiàn)多層膜及超晶格膜的生長。由于激光的能量高，還可以沉積難熔薄膜、生長過程中還可以原位引入多種氣體，提高薄膜的質(zhì)量，使污染小等不少優(yōu)點(diǎn)，它在復(fù)雜多元氧化物薄膜異質(zhì)結(jié)及多層膜制備方面，已經(jīng)成為國內(nèi)外廣泛使用的一種方便、有效的薄膜材料制備技術(shù)，其中如:半導(dǎo)體薄膜、超導(dǎo)體薄膜、納米薄膜、巨磁阻薄膜、鐵電材料薄膜等。如前述，二氧化錫是近年來引起廣泛關(guān)注的一種/7-型半導(dǎo)體實(shí)用功能材料，尤其作為半導(dǎo)體薄膜，它在微電子工業(yè)、光電子器件以及太陽能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。從而對制備無結(jié)構(gòu)缺陷的SnO2薄膜更具其重要性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的是利用脈沖激光沉積技術(shù)，通過控制脈沖激光的各種參數(shù)和實(shí)驗(yàn)條件，在玻璃襯底上實(shí)現(xiàn)二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的形成，并運(yùn)用高分辨透射電鏡的原位退火技術(shù)，使之實(shí)現(xiàn)了二氧化錫半導(dǎo)體薄膜微結(jié)構(gòu)缺陷改善，及其相關(guān)湮滅工藝，故具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本專利技術(shù)涉及一種真空物理沉積工藝？？即以脈沖激光沉積技術(shù)，制備二氧化錫半導(dǎo)體薄膜及實(shí)現(xiàn)了使其微結(jié)構(gòu)缺陷湮滅的實(shí)驗(yàn)工藝，具體交叉過程和步驟如下: (I)脈沖激光沉積方法:選擇KrF激光，設(shè)置其脈沖能量為350 mJ，波長248 nm,頻率10 Hz，脈沖間隔時(shí)間34納秒，并設(shè)定每個(gè)脈沖注入量為5 J/cm2，玻璃襯底距離二氧化錫半導(dǎo)體靶材2.5厘米；在上述條件下，室溫時(shí)即可使二氧化錫半導(dǎo)體薄膜沉積在玻璃襯底上。(2)常規(guī)制備的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜，總存在著相關(guān)微結(jié)構(gòu)缺陷(如:位錯(cuò)、層錯(cuò)、孿晶等)，使二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的若干應(yīng)用受限制。根據(jù)電子顯微學(xué)的微區(qū)分析技術(shù)，在高分辨電子顯微鏡中，將上述具有微結(jié)構(gòu)缺陷的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行300°C下，原位退火2小時(shí)處理，結(jié)果表明:通過原位退火，無缺陷的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜可以被簡單實(shí)現(xiàn)，成功將該薄膜的微結(jié)構(gòu)缺陷消除，實(shí)施了湮滅的實(shí)驗(yàn)工藝技術(shù)。本專利技術(shù)的特點(diǎn)是利用脈沖激光沉積技術(shù)，通過控制脈沖激光的各種參數(shù)和實(shí)驗(yàn)條件，在玻璃襯底上實(shí)現(xiàn)二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的形成；運(yùn)用高分辨透射電鏡的原位退火技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了呈顯在此類二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的微結(jié)構(gòu)缺陷的可湮滅工藝，故本專利技術(shù)技術(shù)在薄膜制備領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。附圖說明圖1，制備二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖2，二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的透射電鏡圖。圖3，二氧化錫納米晶表面的高分辨透射電鏡圖:(a)室溫(b)300°C原位退火2小時(shí)。圖4，二氧化錫納米晶內(nèi)部的高分辨透射電鏡圖:(a)室溫；(b) 300°C原位退火2小時(shí)。圖5，二種制備二氧化錫半導(dǎo)體薄膜與商用二氧化錫材料的拉曼光譜圖。具體實(shí)施例方式現(xiàn)將本專利技術(shù)的具體技術(shù)方案，以如下實(shí)施例進(jìn)一步說明。實(shí)施例I) 二氧化錫半導(dǎo)體薄膜制備(結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置圖1分別予以說明，為明了關(guān)鍵內(nèi)容，如下實(shí)施過程有交叉): (I)以脈沖激光沉積方法，選擇KrF激光1)，設(shè)置其脈沖能量為350 mJ，波長248 nm，頻率10 Hz，脈沖間隔時(shí)間34納秒，每個(gè)脈沖注入量為5 J/cm2 ;在真空室4)中(或稱真空沉積室-Chamber)，由雙邊泵3)工作中抽真空，使真空度小于I10 _6 mbar，此時(shí)通過透鏡2)，開始引入脈沖的KrF激光1)，于真空室4)中，射向具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)二氧化錫靶材(Target)-7)，而使之濺射并淀積到具旋轉(zhuǎn)的，有加熱器5)的玻璃襯底6)上，襯底距離靶材2.5厘米，同時(shí)適量O2-氧氣8)導(dǎo)入真空室4)，在上述條件下，可在玻璃襯底6)上制取沉積的，符合化學(xué)計(jì)量比的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜。(2)以用作為脈沖激光沉積靶材，二氧化錫材料制備:采用溶膠凝膠法先制備了高純的二氧化錫粉末(99.8 %)，制備工藝和步驟是:在27 % SnCl4乙醇溶液中，逐滴滴加28%氨水，使其反應(yīng)均勻，反應(yīng)過程中實(shí)時(shí)檢測 其PH值，當(dāng)pH = 7時(shí)，結(jié)束反應(yīng)，可觀測到白色溶膠產(chǎn)生，陳化24小時(shí)后，用乙醇、丙酮進(jìn)行洗滌數(shù)次，用AgNO3檢測濾出液，直至檢測不到Cl—為止；所得凝膠放入真空干燥箱，100°C烘干水分及洗滌劑，得塊狀樣品，研磨成粉末，制備出粒徑約4納米的二氧化錫粉末。將粉末在0.4 GPa壓力下制作成直徑15毫米，厚度4毫米圓塊。將其圓塊在1150 °C下燒結(jié)2小時(shí)，即成為脈沖激光沉積的二氧化錫靶材7)。(3)將實(shí)施例(I)中得到的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜，置于高分辨電子顯微鏡中，在3O (TC原位退火2小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的微結(jié)構(gòu)缺陷可湮滅工藝，或即可被稱:簡單實(shí)現(xiàn)無缺陷的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜制備工藝技術(shù)。 2)薄膜檢測與表征 現(xiàn)將本實(shí)施例所得產(chǎn)物，進(jìn)行儀器檢測或表征的結(jié)果敘述如下: 檢測試驗(yàn)例一: 將實(shí)施例(I)中得到的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜，進(jìn)行透射電子顯微鏡明場像觀察，結(jié)果表明:這種二氧化錫半導(dǎo)體薄膜是由近似球形的二氧化錫納米晶構(gòu)成。選區(qū)電子衍射研究呈現(xiàn):二氧化錫多晶衍射環(huán) 1-.Cl200 = 2.37 ，環(huán) 2 ,d2l0 = 2.12 ，環(huán) 3: /31(ι = 1.50 ，環(huán)4-M202 = 1.32 (具見圖2)。結(jié)果表明:這種薄膜具有二氧化錫四方相晶體結(jié)構(gòu)。然而，電子能量色散(EDX)譜研究表明:錫原子和氧原子的原子配比等于1:1.611，偏離了二氧化錫的錫和氧的原子配比等于1:2的事實(shí)，說明剛制備的這種薄膜存在著微結(jié)構(gòu)缺陷。檢測試驗(yàn)例二: 將實(shí)施例(I)中得到的二氧化錫納米晶表面形態(tài)，進(jìn)行高分辨透射電子顯微鏡觀察，可以看到剛制備的薄膜，存在著微結(jié)構(gòu)缺陷(圖3a，如圖上標(biāo)出A，B, C，D)。運(yùn)用實(shí)施例(2)中的實(shí)驗(yàn)條件，將這種具有微結(jié)構(gòu)缺陷的二氧化錫納米晶，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種脈沖激光沉積技術(shù)制備二氧化錫半導(dǎo)體薄膜及其微結(jié)構(gòu)缺陷湮滅的工藝，其特征在于具有以下交叉過程和步驟：（1）二氧化錫半導(dǎo)體薄膜制備：以脈沖激光沉積方法，選擇KrF激光1），設(shè)置其脈沖能量為350?mJ，波長248?nm，頻率10?Hz，脈沖間隔時(shí)間34納秒，每個(gè)脈沖注入量為5?J/cm2；在真空室4）中，由雙邊泵3）工作中抽真空，使真空度小于1????10??6?mbar，此時(shí)通過透鏡2），開始引入脈沖的KrF激光1），于真空室4）中，射向具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)二氧化錫靶材7），而使之濺射并淀積到具旋轉(zhuǎn)的，有加熱器5）的玻璃襯底6）上，襯底距離靶材2.5厘米，同時(shí)適量O2?氧氣8）導(dǎo)入真空室4），在上述條件下，可在玻璃襯底6）上制取沉積的，符合化學(xué)計(jì)量比的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜。（2）以用作為脈沖激光沉積靶材，二氧化錫材料制備：采用溶膠凝膠法先制備了高純的二氧化錫粉末（99.8?%），制備工藝和步驟是，在27?%?SnCl4?在乙醇溶液中，逐滴滴加28?%氨水，使其反應(yīng)均勻，反應(yīng)過程中實(shí)時(shí)檢測其pH值，當(dāng)pH?=?7時(shí)，結(jié)束反應(yīng)，可觀測到白色溶膠產(chǎn)生，陳化24小時(shí)后，用乙醇、丙酮進(jìn)行洗滌數(shù)次，用AgNO3檢測濾出液，直至檢測不到Cl?為止；所得凝膠放入真空干燥箱，100℃烘干水分及洗滌劑，得塊狀樣品，研磨成粉末，制備出粒徑約4納米的二氧化錫粉末。將粉末在0.4?GPa?壓力下制作成直徑15毫米，厚度4毫米圓塊。將其圓塊在1150?℃下燒結(jié)2小時(shí)，即成為脈沖激光沉積的二氧化錫靶材7）。（3）將上步驟（1）中得到的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜，置于高分辨電子顯微鏡中，在300℃原位退火2小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了二氧化錫半導(dǎo)體薄膜的微結(jié)構(gòu)缺陷可湮滅工藝技術(shù)。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種脈沖激光沉積技術(shù)制備二氧化錫半導(dǎo)體薄膜及其微結(jié)構(gòu)缺陷湮滅的工藝，其特征在于具有以下交叉過程和步驟: (O 二氧化錫半導(dǎo)體薄膜制備:以脈沖激光沉積方法，選擇KrF激光I )，設(shè)置其脈沖能量為350 mj，波長248 nm，頻率10 Hz，脈沖間隔時(shí)間34納秒，每個(gè)脈沖注入量為5 J/cm2 ；在真空室4)中，由雙邊泵3)工作中抽真空，使真空度小于I10_6 mbar，此時(shí)通過透鏡2 )，開始引入脈沖的KrF激光I )，于真空室4 )中，射向具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)二氧化錫靶材7 )，而使之濺射并淀積到具旋轉(zhuǎn)的，有加熱器5)的玻璃襯底6)上，襯底距離靶材2.5厘米，同時(shí)適量O2-氧氣8)導(dǎo)入真空室4)，在上述條件下，可在玻璃襯底6)上制取沉積的，符合化學(xué)計(jì)量比的二氧化錫半導(dǎo)體薄膜。(2)以用作為脈沖激光沉積靶材，二氧化錫材料制備:采用溶膠凝膠法先制備了高純的二氧化錫粉末(99.8 %)，制備工藝和步驟是，在27 % SnCl4在乙醇溶液中，逐滴滴加28 %氨水，使其反應(yīng)均勻，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳志文，王利軍，劉延雨，陳琛，焦正，吳明紅，
申請(專利權(quán))人：上海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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