CN101260507A - 一种p型半导体掺镍氧化铜靶材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体氧化物材料领域，具体为一种P型半导体掺镍氧化铜(Cu1－xNixO)靶材及其制备方法。本发明将氧化铜粉末和氧化镍粉末均匀混合，采用粉末压片机干压成型，用氮气作为保护气体，在管式电阻炉中烧结成致密的块体靶材。所制备的靶材具有p型导电的特征。该发明制作工艺简单、经济，制成的靶材成分均匀，性能稳定。本发明方法获得的靶材在磁控溅射技术和脉冲等离子体沉积技术等制备光电性能优良的p型导电透明掺镍氧化铜薄膜领域具有应用价值。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种p型氧化物半导体Cu1-xNixO(x＝0.01～0.15)靶材及其制备方法。
背景技术
透明导电氧化物(TCO)薄膜是一种氧化物半导体材料，以其独特的透明性与导电性结合于一体而广泛应用于平板显示、太阳能电池等领域。随着平板显示和太阳能产业的发展，透明导体薄膜的重要性越发被人们所认识。TCO薄膜根据导电特性可分为n型和p型两类。n型TCO材料，如In2O3:Sn(ITO)和SnO2:F(FTO)作为透明电极，其光电特性已达到较好的水平。而与之相对应的p型TCO材料的研究虽然也已开展并取得了一定的成果，但是长期以来并未达到实用的水平。
1997年Kawazoe等报道了CuAlO2具有p型导电性和在可见光区的透明性。后来，在同构的CuMO2(M＝Ga，Y，Sc，In)中也发现了类似CuAlO2的p型导电性质。N、P或As掺杂的ZnO薄膜是近年来p型透明导体研究的另一个热点，人们采用脉冲激光沉积(PLD)、分子束外延、金属有机化学气相沉积、磁控溅射等薄膜生长方法制备出高质量的ZnO薄膜，但p型掺杂都会在材料内部同时产生“空穴杀手”间隙Zn和氧空位，从而无法实现稳定而实用化的p型导电类型。
近年来，世界各国都在大力推动太阳能利用技术的发展，太阳能光发电在各个国家正受到前所未有的重视，但还存在能量转换效率太低的问题。如果太阳光伏能源系统能够使用p型TCO材料，就能够大幅度提高太阳能电池的效率，进而降低太阳能电池系统的成本。因为n型和p型TCO材料迭加起来作透明阴阳极可以最大程度地使太阳光能进入装置中。
优良光电性能的p型透明材料的研究，也有助于透明p-n结，透明晶体管和透明场效应晶体管等透明电子学器件的发展。
优良光电性能的p型透明导电氧化物薄膜的缺乏，源于缺乏良好特性的p型导电材料。因此，研究和开发具有优良光电性能的p型氧化物半导体靶材及其制备技术，不仅具有理论意义，而且具有应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成份均匀、性能优良的p型氧化物半导体耙材及其制备方法。
本发明提出的p型氧化物半导体靶材，具体是一种掺镍氧化铜Cu1-xNixO(x＝0.01～0.15)块体材料，采用烧结工艺制备获得，靶材最高电导率达到3.9×10-3S·cm-1。
本发明提出的P型半导体Cu1-xNixO陶瓷靶的制备方法，具体步骤为：采用纯度99.8％以上的CuO粉末和纯度99％以上的NiO粉末，按Cu1-xNixO(x＝0.01～0.15)成分比例配制混合粉末，将粉末混合研磨后，用粉末压片机在压强为12-18MPa下干压成型。然后将靶材送入管式电阻炉中进行烧结处理，炉中通入N2作为保护气体，炉温从室温升高到烧结温度800-1000℃，保温10-15小时，然后自然冷却到280-320℃，取出靶材。敲碎后再次研磨，用粉末压片机在18-22MPa下压制成型。再在管式电阻炉中进行烧结处理，烧结条件同上，即N2作为保护气体，升高到烧结温度800-1000℃，保温10-15小时，即得陶瓷靶材。所制备的靶材的电导率在0.13～3.9×10-3S·cm-1之间。
本发明较佳的制备条件如下：
CuO粉末和NiO粉末混合之后化学剂量比为Cu0.95Ni0.05O的靶材。
粉末压片机第一次干压成型压强为14-16MPa，第二次干压成型压强为20-22MPa。
管式电阻炉烧结温度为900-1000℃，保温时间10-12小时。
实验结果表明，该发明制作工艺简单、经济、制成的靶材成分均匀，性能稳定，且具有p型导电性能，电导率最高达到3.9×10-3S·cm-1。采用该发明制备的陶瓷块体材料作为靶材，经PPD技术沉积镀膜后，所制备的薄膜具有p型高电导率、可见光范围高透射率的光电特性，这在太阳能电池、透明电子学和新型光电器件领域具有潜在的应用前景。
附图说明
图1Cu0.95Ni0.05O陶瓷靶的X射线衍射图。
图2Cu1-xNixO(x＝0.01～0.15)陶瓷靶的电导率随靶中Ni含量x变化的关系曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明：
实施例1，使用纯度99.8％的CuO粉末与纯度99％的NiO粉末，按Cu0.95Ni0.05O成分比例配制混合粉末，通过将粉末混合研磨后，用粉末压片机在压强为14MPa下干压成形。然后将靶材送入管式电阻炉中进行烧结处理，炉中通入N2作为保护气体，炉温经2小时从室温升高到1000℃，保温10小时后，自然冷却到300℃取出靶材。敲碎后再次研磨，用粉末压片机在20MPa下压制成形。再在电阻炉中，重复上述条件制得陶瓷靶材。靶材的电导率为3.9×10-3S·cm-1。
实施例2，使用纯度99.8％的CuO粉末与纯度99％的NiO粉末，按Cu0.9Ni0.1O成分比例配制混合粉末，通过将粉末混合研磨后，用粉末压片机在压强为14MPa下干压成形。靶材在管式电阻炉中进行烧结处理。炉中通入N2作为保护气体，炉温经2小时从室温升高到1000℃，保温10小时后，自然冷却到300℃取出靶材。敲碎后再次研磨，用粉术压片机在20MPa下压制成形。再在电阻炉中，重复上述条件制得陶瓷靶材。靶材的电导率为2.5×10-3S·cm-1。
采用Seebeck效应测试仪定性测量靶材的导电特性。采用将圆片靶材两面磨成镜面，均匀涂覆铟金属后测量其两端的电阻后获得电阻率。
Claims (2)
1.一种p型半导体掺镍氧化铜靶材，其特征在于：由氧化铜和氧化镍粉末按Cu1-xNixO，x＝0.01～0.15配比，经烧结而成，p型导电，其最高电导率达到3.9×10-3S·cm-1。
2.一种p型半导体掺镍氧化铜靶材的制备方法，其特征在于具体步骤如下：将纯度为99.8％以上的CuO粉末与纯度为99％以上的NiO粉末，按Cu1-xNixO，x＝0.01～0.15成分比例混合研磨，用粉末压片机在压强为12-18MPa下干压成型；然后将靶材送入管式电阻炉中进行烧结处理，炉中通入高纯N2作为保护气体，炉温从室温升高到烧结温度800-1000℃，保温10-15小时，然后自然冷却到280-320℃，取出靶材；敲碎后再次研磨，用粉末压片机在18-22MPa下压制成形，再在管式电阻炉中进行烧结处理，烧结条件同前。
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