CN105118884B - 一种氮化锌锡pn结及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化锌锡pn结及其制备方法，该pn结包括紧密接触的p型半导体和n型半导体，以及分别设于所述p型半导体和n型半导体上的第一电极和第二电极，其特征在于，所述的p型半导体的材料为Si，所述的n型半导体的材料为ZnSnN2。本发明的pn结有明显的整流效应，在太阳能电池领域具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种氮化锌锡pn结及其制备方法。
背景技术
随着世界能源日益紧缺、化石能源的过度利用及由此带来的环境污染和温室气体等问题的日益严重，可再生能源尤其是太阳能的有效利用一直是热点话题，而太阳能电池可以直接将太阳能转化为电能。但是，现阶段的薄膜太阳能电池吸收层材料在技术上存在难以克服的问题，例如光致衰减、价格昂贵、材料具有毒性和原材料稀缺。因此，太阳能电池的最核心问题仍是基础材料，开发新型、廉价且性能稳定的光伏薄膜材料就显得尤为重要。
ZnSnN2作为一种新兴的本征n型氮化物半导体材料，在太阳能电池领域具备很大的应用潜力。目前，针对于ZnSnN2半导体，Paul等人(Synthesis,lattice structure,andband gap of ZnSnN2,Paul C.Quayle,Keliang He,Jie Shan,MRS Communications2013.19)采用等离子加强气-液-固相法首次制备出单相的ZnSnN2；Feldberg等人(Growth,disorder,and physical properties of ZnSnN2，N.Feldberg,J.D.Aldous,W.M.Linhart,APPLIED PHYSICS LETTERS 103,042109(2013)通过分子束外延法制备出质量更优的ZnSnN2薄膜；Lise Lahourcad等人(Structural and Optoelectronic Characterizationof RF Sputtered ZnSnN2,Lise Lahourcad,Naomi C.Coronel,Kris T.Delaney,Adv.Mater.2013,25,2562–2566)和Fuling Deng等人(Determination of the basicoptical parameters of ZnSnN2，Fuling Deng,Hongtao Cao,Lingyan Liang，OPTICSLETTERS2015,40,1282-1285)通过磁控溅射法制备出ZnSnN2。
目前，尚无关于ZnSnN2pn结的报道，而pn结是能够将ZnSnN2应用到太阳能电池领域的基础，所以制备ZnSnN2pn结势在必行。
发明内容
本发明提供了一种包含ZnSnN2的pn结及其制备方法，该pn结性能优良，具有较高的整流比，同时制备方法简单，便于大规模制备。
一种氮化锌锡pn结，包括紧密接触的p型半导体和n型半导体，以及分别设于所述p型半导体和n型半导体上的第一电极和第二电极，所述的p型半导体的材料为Si，所述的n型半导体的材料为ZnSnN2。
作为优选，所述p型半导体与n型半导体之间为面接触，所述的n型半导体位于p型半导体接触面的中部区域，所述的第一电极环绕于所述的n型半导体布置。所述p型半导体为优选为圆盘状。
作为优选，所述的n型半导体和设置于n型半导体表面的第二电极都为圆盘状，两者以盘面相接触，并且所述第二电极的盘面直径小于n型半导体的盘面直径；
所述的第一电极为环绕于n型半导体的圆环。
作为优选，所述n型半导体的厚度为60nm～300nm；
所述的n型半导体的盘面直径为100μm～300μm。
作为优选，所述第一电极和所述第二电极的材质为Ni/Au合金或Ag。
本发明还提供了一种所述的氮化锌锡pn结的制备方法，包括以下步骤：
(1)在Si半导体上沉积一层n型ZnSnN2半导体，得到Si-ZnSnN2复合体；
(2)在步骤(1)得到的Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上沉积第一电极，在所述Si-ZnSnN2复合体中的ZnSnN2半导体上沉积第二电极，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
作为优选，步骤(1)的具体过程如下：
(1.1)利用磁控溅射法在p型Si表面沉积一层n型ZnSnN2半导体，溅射功率为120W～240W；
(1.2)在n型ZnSnN2半导体表面涂覆光刻胶，形成第一掩膜；
(1.3)紫外光刻所述第一掩膜；
(1.4)利用湿法腐蚀得到Si-ZnSnN2复合体；
(1.5)去除Si-ZnSnN2复合体的光刻胶。
作为优选，步骤(2)的具体过程如下：
(2.1)在所述Si-ZnSnN2复合体表面涂覆光刻胶，形成第二掩膜；
(2.2)紫外光刻所述第二掩膜，在所述Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上形成第一窗口，同时在所述Si-ZnSnN2复合体中的ZnSnN2半导体上形成第二窗口；
(2.3)利用电子束蒸发法在所述第一窗口上沉积第一电极，同时在所述第二窗口上沉积第二电极；
(2.4)去除所述沉积电极后的Si-ZnSnN2复合体表面剩余的光刻胶，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
作为优选，对步骤(2)得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结进行进一步的热处理。该实施方式增加了ZnSnN2的密度，减少了其内部应力，同时增强了电极与半导体层的粘附性，有利于pn结性能的提高。作为进一步的优选，所述热处理的温度为200～350℃；作为最优选，所述热处理的温度为300℃，所述的热处理的时间为180min。
作为优选，所述沉积的n型ZnSnN2半导体的厚度为60nm～300nm，沉积过程中溅射功率为120W～240W；
所述n型半导体横截面圆形的直径为100μm～300μm；
所述沉积的第一电极和所述第二电极的厚度均为70nm。
所述n型半导体横截面圆形的直径比其对应的第一电极内径小40μm,比其对应的第二电极直径大30μm，第一电极内外径恒相差100μm。
作为优选，所述的n型ZnSnN2半导体的厚度为120nm，所述沉积的第一电极和所述第二电极的厚度均为70nm，且所述的第一电极和所述第二电极的材料为Ni/Au合金，此时，得到的pn结的整流比高达600以上。
同现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的pn结包括p型Si半导体和n型ZnSnN2半导体，具有明显的整流效应，在太阳能电池领域具有潜在的应用价值；同时圆形和环形的电极能够明显降低边缘放电效应，提高pn结的性能。
利用本发明的pn结的制备方法，可得到p-Si/n-ZnSnN2异质结，其制备过程简单，成本低廉；且可采用紫外光进行掩膜的图形化，提高了精度，利于实现器件的小型化；同时，可采用磁控溅射法进行薄膜的沉积，可有效降低成本，更有利于实现产业化生产。
附图说明
图1为本发明的pn结一实施例的侧视图；
图2为图1所示pn结的俯视图；
图3为实施例1中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图4为实施例2中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图5为实施例3中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图6为实施例4中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图7为实施例5中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图8为实施例6中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图9为实施例7中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图10为实施例8中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图11为实施例9中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图12为实施例10中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线；
图13为实施例11中得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结的电流电压特性曲线。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参见图1和图2，本发明提供了一种pn结，包括p型Si半导体层110和位于该p型Si半导体层110中部区域的n型ZnSnN2半导体层120；其中，p型Si半导体层110上设置有第一电极112，n型ZnSnN2半导体层120上设置有第二电极122。需要说明的是，本发明中所述的p型Si半导体层110的中部区域不局限于p型Si半导体层110的中心，泛指除边缘以外的区域。
较佳地，作为一种可实施方式，n型ZnSnN2半导体层120的横截面为圆形。该结构设计简单，容易实现。在其他实施例中，n型ZnSnN2半 导体层120的横截面也可为其他形状，如正四边形或其他多边形等。
优选地，第一电极112的横截面为圆环形，圆环形的第一电极112将n型ZnSnN2半导体层120围设在其内圆环中；进一步地，第二电极122的横截面为圆形，且第二电极122的横截面积小于n型ZnSnN2半导体层120的横截面积。与多边形电极相比，本实施例的电极为圆形或圆环形，增加了电极边缘电荷的均匀性，避免了由于多边形尖端附近的电荷密度集中而引起的边缘放电效应，提高了pn结的综合性能。
较佳地，当第一电极112的横截面为圆环形、第二电极122和n型ZnSnN2半导体层120的横截面为圆形时，第一电极112、第二电极122和n型ZnSnN2半导体层120的横截面为同心圆。该方式得到的pn结性能优异，且结构设计合理，便于制备。
在本发明的pn结的制备过程中，n型ZnSnN2半导体层120的沉积厚度过小，则形成的pn结性能不佳，无法满足实际中的应用；沉积的厚度过大，不仅提高了成本，而且不利于器件的小型化发展趋势。因此，n型ZnSnN2半导体层120的厚度优选为60nm～300nm，在该厚度范围内，得到的pn结具有明显的整流效应。
本发明的pn结中，电极的横截面积过小，则会产生较大的电阻，且制备困难；电极的横截面积过大，则容易产生漏电，降低器件的安全性能。较佳地，作为一种可实施方式，n型ZnSnN2半导体层的直径为100μm～300μm。
较佳地，本发明中，第一电极112和第二电极122为Ni/Au合金和Ag。这两种电极具有优异的导电性能，可有效降低电阻。需要说明的是，第一电极112和第二电极122的材质可以相同，也可以不同。
本发明的pn结包括p型Si半导体和n型ZnSnN2半导体，具有明显的整流效应，在太阳能电池领域具有潜在的应用价值。同时圆形和环形的电极能够明显降低边缘放电效应，提高pn结的使用性能。
此外，本发明还提供了一种pn结的制备方法，可用于制备上述的p-Si/n-ZnSnN2异质结，包括以下步骤：
S100：在Si半导体上沉积一层n型ZnSnN2半导体，得到Si-ZnSnN2复合体。
较佳地，作为一种可实施方式，S100包括以下步骤：
S110：利用磁控溅射法在p型Si表面沉积一层n型ZnSnN2半导体；
其中，n型ZnSnN2半导体层可采用等离子体加强气-液-固相法进行沉积，也可采用分子束外延法进行沉积。较佳地，本实施方式采用磁控溅射法进行n型ZnSnN2半导体层的沉积，相对于离子体加强气-液-固相法和分子束外延法，利用该方法可有效降低成本，更有利于实现产业化生产。
优选地，本步骤中沉积的n型ZnSnN2半导体层的厚度为60nm～300nm,溅射功率为120W～240W。
S120：在n型ZnSnN2半导体表面涂覆光刻胶，形成第一掩膜；
较佳地，步骤S120的具体做法为：将光刻胶旋涂在n型ZnSnN2半导体层上形成薄膜；然后放到烘烤机中，于100℃～120℃下烘烤2min～5min，使光刻胶中的溶剂挥发掉，即在n型ZnSnN2半导体层的表面形成第一掩膜。
S130：紫外光刻第一掩膜；
本步骤为图形的转移步骤，即将掩膜版的图形转移到第一掩膜上，得到所需的图形结构。
较佳地，本实施方式采用紫外光刻对第一掩膜进行图形化处理，该方式既可以避免刻蚀过程中产生的污染物，同时又能实现小孔径窗口的刻蚀，精度较高，有助于实现器件的小型化发展。
较佳地，本实施方式采用紫外光刻对第一掩膜进行图形化处理，该方式既可以避免刻蚀过程中产生的污染物，同时又能实现小孔径窗口的刻蚀，精度较高，有助于实现器件的小型化发展。
S140：利用湿法腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到Si-ZnSnN2复合体。
较佳地，步骤S140的具体做法为：
首先，配置腐蚀液母液，取95mL去离子水，并滴入2mL氢氟酸溶液(HF含量≥40％)，再滴入3mL氨水溶液(NH3含量为25％～28％的)；
其次，配置腐蚀液，取100mL去离子水，滴入2mL母液。
再次，腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2。
S150：去除Si-ZnSnN2复合体表面剩余的光刻胶。
S200：在Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上沉积第一电极，在Si-ZnSnN2复合体中的ZnSnN2半导体上沉积第二电极，得到p-Si/n-ZnSnN2 异质结。
作为一种可实施方式，S200包括以下步骤：
S210：在步骤S100中得到的Si-ZnSnN2复合体表面涂覆光刻胶，形成第二掩膜。
该步骤中光刻胶的涂覆过程可采用与步骤S120中相同的步骤进行。需要说明的是，该步骤是在Si-ZnSnN2复合体中沉积有ZnSnN2的一面涂覆光刻胶。
S220：紫外光刻第二掩膜，在Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上形成第一窗口，同时在Si-ZnSnN2复合体中的ZnSnN2半导体上形成第一窗口。
本步骤为第二掩膜的图形化处理过程，需要说明的是，在其他实施例中，第二掩膜也可采用其他方式(如等离子体刻蚀、化学刻蚀)进行图形化处理。
较优地，第一窗口为圆环形窗口，该圆环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；更优地，第二窗口为圆形窗口，且该圆形窗口的面积小于n型ZnSnN2半导体横截面圆的面积。该方式避免了由于多边形尖端附近的电荷密度集中而引起的边缘放电效应，提高了pn结的性能。
S230：利用电子束蒸发法在第一窗口上沉积第一电极，同时在第二窗口上沉积第二电极。
本步骤采用电子束蒸发法进行第一电极和第二电极的沉积，该方法沉积速度快，沉积质量高。此外，也可采用磁控溅射、脉冲激光沉积等方式进行第一电极和第二电极的沉积。
作为一种可实施方式，第一电极和第二电极为Ni/Au合金和Ag；较佳地，第一电极和第二电极的厚度均为70nm。
S240：去除沉积电极后的Si-ZnSnN2复合体表面剩余的光刻胶，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。作为一种可实施方式，可将Si-ZnSnN2复合体置于丙酮中浸泡清洗，再利用去离子水进行清洗。此外，也可利用现有技术中的其他方式对剩余的光刻胶进行清洗。
在步骤S210～步骤S240中，由于第一电极和第二电极为同时制备，因此，两个电极的材质必需相同。当需要第一电极和第二电极为不同的材质时，可采用如下方法进行制备：
S210'：在步骤S100中得到的Si-ZnSnN2复合体表面涂覆光刻胶，形成第二掩膜；
S220'：紫外光刻第二掩膜，在Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上形成第一窗口；
S230'：利用电子束蒸发法在第一窗口上沉积第一电极并清洗剩余的光刻胶；
S240'：在沉积有第一电极的Si-ZnSnN2复合体表面涂覆光刻胶，形成第三掩膜；
S250'：紫外光刻第三掩膜，在Si-ZnSnN2复合体中的n型ZnSnN2半导体上形成第二窗口；
S260'：利用电子束蒸发法在第二窗口上沉积第二电极并清洗剩余的光刻胶，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
此外，也可以先沉积第二电极，再进行第一电极的沉积。
较佳地，在S200之后，还包括以下步骤：
对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理。该实施方式增加了ZnSnN2的密度，减少了其内部应力，同时增强了电极与半导体层的粘附性，有利于pn结性能的提高。
本发明中，可在同一块p型Si半导体上同时制备多个p-Si/n-ZnSnN2异质结，以增加制备速度，节约制备成本。
通过本发明的方法可得到p-Si/n-ZnSnN2异质结，制备过程简单，成本低廉；可采用紫外光和湿法进行掩膜的刻蚀，提高了刻蚀精度，利于实现器件的小型化；此外，采用磁控溅射法进行薄膜的沉积，可有效降低成本，更有利于产业化生产。
为了更好地理解本发明，下面通过具体的实施例对本发明的pn结及其制备方法进行进一步说明。
实施例1
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气 压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ni/Au电极，沉积厚度为Ni：50nm，Au：20nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
实施例2
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在 ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ni/Au电极，沉积厚度为Ni：50nm，Au：20nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，200℃下保温180min。
实施例3
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ni/Au电极，沉积厚度为Ni：50nm，Au：20nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，300℃下保温180min。
实施例4
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ni/Au电极，沉积厚度为Ni：50nm，Au：20nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，350℃下保温180min。
实施例5
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为 6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为60nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ag电极，沉积厚度为70nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，350℃下保温180min。
实施例6
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ag电极，沉积厚度为70nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，350℃下保温180min。
实施例7
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为200nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ag电极，沉积厚度为70nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，350℃下保温180min。
实施例8
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为200μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ni/Au电极，沉积厚度为Ni：50nm，Au：20nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，350℃下保温180min。
实施例9
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为 6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为120W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为300μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ni/Au电极，沉积厚度为Ni：50nm，Au：20nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，350℃下保温180min。
实施例10
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为180W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ni/Au电极，沉积厚度为Ni：50nm，Au：20nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，350℃下保温180min。
实施例11
(1)将ρ<0.0015Ωcm的p型单抛硅片切为1.5*1.5cm2的样品硅片，并清洗烘干；
(2)在p型Si上沉积ZnSnN2。室温下溅射，设定本底真空度为6×10-4Pa。在真空条件下采用磁控溅射方法，溅射功率为240W，工作气压为2.0Pa，用N离子轰击阴极锌锡合金靶材，使得靶材原子溅射并与N离子反应生成ZnSnN2，ZnSnN2厚度为120nm。
(3)在样品ZnSnN2表面旋涂一层光刻胶，形成第一掩膜；
(4)利用紫外光刻第一掩膜；
(5)利用腐蚀液腐蚀未被光刻胶保护的ZnSnN2，得到的ZnSnN2横截面圆的直径为100μm。
(6)利用丙酮和去离子水清洗步骤(5)残留的光刻胶；
(7)在Si-ZnSnN2复合体表面旋涂一层光刻胶，形成第二掩膜；
(8)利用紫外光刻第二掩膜，在p型Si表面形成环形窗口，同时在ZnSnN2半导体层上形成圆形窗口，环形窗口将ZnSnN2半导体层围设在其内圆环中；
(9)室温下利用电子束蒸发设备蒸发金属蒸发料，在步骤(8)得到的环形窗口和直径为70μm的圆形窗口上沉积Ni/Au电极，沉积厚度为 Ni：50nm，Au：20nm；
(10)用丙酮和去离子水清洗步骤(9)中得到的样品，并用干燥的N2吹干，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结。
(11)对p-Si/n-ZnSnN2异质结进行热处理，所述热处理的条件为：氮气气氛下，350℃下保温180min。
图3～图13分别为采用半导体参数仪对实施例1～11中制备的p-Si/n-ZnSnN2异质结进行电流电压测试得出的特性曲线，表1为±2V时整流比统计结果。综合图3～图13和表1可知，本发明制备的p-Si/n-ZnSnN2异质结具有明显的整流效应。
表1实施例1-实施例11中p-Si/n-ZnSnN2异质结的整流比(±2V)
由表1可知，退火温度在200℃～350℃范围内，pn结都有良好的整流效应，300℃退火，效果最佳；从n型材料ZnSnN2厚度来看，其厚度为120nm左右较佳；ZnSnN2横截面圆的直径为100μm时，整流效应很明显，直径为200μm和300μm时，整流效应不好；溅射功率在120W～240W范围内变化，整流比随着溅射功率的增加而增加。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种氮化锌锡pn结，包括紧密接触的p型半导体和n型半导体，以及分别设于所述p型半导体和n型半导体上的第一电极和第二电极，其特征在于，所述的p型半导体的材料为Si，所述的n型半导体的材料为ZnSnN2；
所述n型半导体的厚度为60nm～300nm；所述的n型半导体的盘面直径为100μm；
所述p型半导体与n型半导体之间为面接触，所述的n型半导体位于p型半导体接触面的中部区域，所述的第一电极环绕于所述的n型半导体布置；
所述的n型半导体和设置于n型半导体表面的第二电极都为圆盘状，两者以盘面相接触，并且所述第二电极的盘面直径小于n型半导体的盘面直径；
所述的第一电极为环绕于n型半导体的圆环。
2.根据权利要求1所述的氮化锌锡pn结，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材质为Ni/Au合金或Ag。
3.一种如权利要求1或2所述的氮化锌锡pn结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在Si半导体上沉积一层n型ZnSnN2半导体，得到Si-ZnSnN2复合体；
步骤(1)的具体过程如下：
(1.1)利用磁控溅射法在p型Si表面沉积一层n型ZnSnN2半导体，溅射功率为120W～240W；
(1.2)在n型ZnSnN2半导体表面涂覆光刻胶，形成第一掩膜；
(1.3)紫外光刻所述第一掩膜；
(1.4)利用湿法腐蚀得到Si-ZnSnN2复合体；
(1.5)去除Si-ZnSnN2复合体的光刻胶；
(2)在步骤(1)得到的Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上沉积第一电极，在所述Si-ZnSnN2复合体中的ZnSnN2半导体上沉积第二电极，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结；
步骤(2)的具体过程如下：
(2.1)在所述Si-ZnSnN2复合体表面涂覆光刻胶，形成第二掩膜；
(2.2)紫外光刻所述第二掩膜，在所述Si-ZnSnN2复合体中的p型Si半导体上形成第一窗口，同时在所述Si-ZnSnN2复合体中的ZnSnN2半导体上形成第二窗口；
(2.3)利用电子束蒸发法在所述第一窗口上沉积第一电极，同时在所述第二窗口上沉积第二电极；
(2.4)去除所述沉积电极后的Si-ZnSnN2复合体表面剩余的光刻胶，得到p-Si/n-ZnSnN2异质结；
对步骤(2)得到的p-Si/n-ZnSnN2异质结进行进一步的热处理，所述热处理的温度为200～300℃。
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