CN109411357A - 一种氧化镍纳米线和氧化锌构成的p-n异质结及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧化镍纳米线和氧化锌构成的P‑N异质结及其制备方法，属于半导体技术领域。本发明提供的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P‑N异质结的制备方法，通过将镍纳米线分散于绝缘衬底，旋涂光刻胶后光刻并溅射金属电极，然后生长金属薄膜，制备的得到PN结，通过简单反应步骤和温和实验条件，能快速大量的制备导电性良好的PN结，具有广阔的应用场景和实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种氧化镍纳米线和氧化锌构成的P-N异质结及其制备方法。
背景技术
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结(英语：PNjunction)。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。
半导体的异质结是一种特殊的PN结，由两层以上不同的半导体材料薄膜依次沉积在同一基座上形成，这些材料具有不同的能带隙，它们可以是砷化镓之类的化合物，也可以是硅-锗之类的半导体合金。
由于氧化镍内部结构纠缠导致载流子无法流动，导致氧化镍为绝缘体，不导电。需要对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供了镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，通过该制备方法，能制备出导电效果较好的P-N异质结。
本发明的第二目的在于提供一种镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结，该异质结导电性质较好，性能优异。
为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：
一种镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，包括以下步骤：
将镍纳米线溶解于乙醇溶液并超声分散，得到镍纳米线醇溶液；
将镍纳米线醇溶液滴于在绝缘衬底，并通过磁场排列处理镍纳米线，得到纳米线衬底样品；
将光刻胶旋涂于纳米线衬底样品并烘干，光刻使镍纳米线两端漏出，并溅射金属电极覆盖，得到电极纳米线样品；
将电极纳米线样品进行退火氧化得到Ni/NiO2核壳纳米线样品；
旋涂光刻胶于Ni/NiO2核壳纳米线样品并烘干，通过镍纳米线中部光刻电极图案并显影，得到光刻电极样品；
在光刻电极样品的电极图案区域激光脉冲沉积生长氧化锌薄膜，并在氧化锌薄膜上配置铟金属，得到氧化镍和氧化锌薄膜构成的P-N 异质结。
一种镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结，包括：
衬底；
配置于衬底上的镍基纳米线，镍纳米线的中部为Ni/NO核壳纳米线，两端为镍纳米线；
设置在衬底且分别覆盖镍纳米线的Pt电极；
设置在衬底上且覆盖Ni/NO核壳纳米线的氧化锌薄膜；
配置在氧化锌薄膜上的铟膜。
本发明的有益效果为：本发明提供的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，通过将镍纳米线分散于绝缘衬底，旋涂光刻胶后光刻并溅射金属电极，然后生长金属薄膜，制备的得到PN结，通过简单反应步骤和温和实验条件，能快速大量的制备导电性良好的PN结，具有广阔的应用场景和实际应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1-3提供P-N异质结制备过程简图；
图2为本发明实验例1提供的P-N异质结的整流结果图；
图3为本发明实验例1提供的P-N异质结的整流结果图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明实施例的一种氧化镍纳米线和氧化锌构成的P-N 异质结及其制备方法进行具体说明。
一种镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，包括以下步骤：
将镍纳米线溶解于乙醇溶液并超声分散，得到镍纳米线醇溶液；
将镍纳米线醇溶液滴于在绝缘衬底，并通过磁场排列处理镍纳米线，得到纳米线衬底样品；
将光刻胶旋涂于纳米线衬底样品并烘干，光刻使镍纳米线两端漏出，并溅射金属电极覆盖，得到电极纳米线样品；
将电极纳米线样品进行退火氧化得到Ni/NiO2核壳纳米线样品；
旋涂光刻胶于Ni/NiO2核壳纳米线样品并烘干，通过镍纳米线中部光刻电极图案并显影，得到光刻电极样品；
在光刻电极样品的电极图案区域激光脉冲沉积生长氧化锌薄膜，并在氧化锌薄膜上配置铟金属，得到氧化镍和氧化锌薄膜构成的P-N 异质结。
在实验中选用氧化锌薄膜，在其他优选实施例中可以选用其他类型的N型半导体薄膜，本发明中优选氧化锌薄膜作为N型半导体。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，还包括镍纳米线制备，包括以下步骤：
将含镍溶液与乙二醇混合溶解得到第一溶液；
将氢氧化钠与乙二醇混合溶解得到第二溶液；
将第一溶液和第二溶液超声处理并搅拌溶解混合后，得到混合溶液；
将混合溶液置于磁场中并加热至80-110℃反应并保温16-26min，离心、洗涤并干燥反应产物得到镍纳米线。
含镍溶液是可以是氯化镍、硫酸镍等化合物溶解于水得到，也可以是氯化镍或硫酸镍晶体溶解于水得到；还可以是氯化镍或硫酸镍的水合物溶解于水得到；即含镍离子并能最后溶解成含镍溶液即可。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，磁场的强度为0.3-0.6T。
由于镍元素是VIII族元素，利用磁场能磁化镍，并使得镍离子能规则的排列并反应得到均匀的镍纳米线。
利用磁场排列处理，通过镍纳米线之间的相互作用，能避免镍纳米线之间相互交叉或者团聚；能形成单根的镍纳米线。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，离心的转速为 4800-5300rpm，时间为150-220s。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，洗涤选用蒸馏水和乙醇交替洗涤3-5次，并55-68℃干燥110-135min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，绝缘衬底为Si/SiO2衬底。
当然本发明中的衬底还可以是其他种类的绝缘衬底，本发明中优选为Si/SiO2衬底。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，退火氧化的温度为 382-411℃，时间为114-126min；退火氧化的升温和降温速率为8-11℃ /min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，沉积生长氧化锌薄膜的压强为1×10-4到1×10-3Pa。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，激光脉冲沉积生长的激光能量为280-320mJ，频率为3Hz，生长时间为18-25min。
一种镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结，包括：
衬底；
配置于衬底上的镍基纳米线，镍纳米线的中部为Ni/NO核壳纳米线，两端为镍纳米线；
设置在衬底且分别覆盖镍纳米线的Pt电极；
设置在衬底上且覆盖Ni/NO核壳纳米线的氧化锌薄膜；
配置在氧化锌薄膜上的铟膜。
制备得到的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结可以运用到半导体中。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，包括以下步骤：
镍纳米线制备：
1.1称取0.119g流水和氯化镍溶解于5mL的乙二醇中，得到第一溶液；
1.2将1.2g氢氧化钠溶解于25mL的乙二醇中，得到第二溶液；
1.3将第一溶液和第二溶液分别超声处理，并搅拌30min至完全溶解；
1.4将完全溶解的第一溶液和第二溶液混合并搅拌混匀，得到混合溶液；
1.5将混合溶液置于0.3T的磁场中，并加热至80℃反应并保温 26min；
1.6反应结束后，以4800rpm转速离心220s后，得到离心产物；
1.7将离心产物依次用蒸馏水和乙醇交替洗涤5次，在然后68℃干燥110min，得到镍纳米线。
P-N异质结的制备，并参考图1，如图1所示，图中I-II-III-IV 依次为制备P-N异质结的过程的简单示意图。
2.1将步骤1.7中制备得到的镍纳米线溶解于乙醇溶液中，并用超声分散，得到镍纳米线溶液；
2.2将镍纳米线溶液滴在Si/SiO2绝缘衬底上，并用磁场排列使镍纳米线不会交叉或者团聚在一起，乙醇完全蒸发选取单根镍纳米线，得到纳米线衬底样品；
2.3将光刻胶旋涂于纳米线衬底样品上并烘干，光刻使镍纳米线两端漏出，然后显影并烘干；
2.4将Pt电极溅射到经烘干的样品的镍纳米线去胶的两端，得到电极纳米线样品；
2.5将电极纳米线样品在管式炉中，常压条件下，以382℃进行退火，时间为126min，升温和降温速率均为8℃/min，得到Ni/NiO2核壳纳米线样品；
2.6将光刻胶旋涂于得到的Ni/NiO2核壳纳米线样品，并烘干，然后进行光刻电极图案并显影，电极图案覆盖并通过镍纳米线中间部位，得到光刻电极样品；
2.7在光刻的电极图案区域用激光脉冲沉积生长氧化锌薄膜，生长的压强为1×10-4Pa，激光的能量为280mJ，频率为3Hz，反应时间为25min，衬底距离氧化锌靶材的距离为65mm，衬底的温度为室温条件；
2.8带氧化锌薄膜生长完成，进行去胶处理，然后在氧化锌上压上金属铟In材料做成P-N异质结。
制备得到的P-N异质结，包括：
衬底；
配置于衬底上的镍基纳米线，镍纳米线的中部为Ni/NO核壳纳米线，两端为镍纳米线；
设置在衬底且分别覆盖镍纳米线的Pt电极；
设置在衬底上且覆盖Ni/NO核壳纳米线的氧化锌薄膜；
配置在氧化锌薄膜上的铟膜。
实施例2
本实施例提供镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，包括以下步骤：
镍纳米线制备：
1.1称取0.119g流水和氯化镍溶解于5mL的乙二醇中，得到第一溶液；
1.2将1.2g氢氧化钠溶解于25mL的乙二醇中，得到第二溶液；
1.3将第一溶液和第二溶液分别超声处理，并搅拌30min至完全溶解；
1.4将完全溶解的第一溶液和第二溶液混合并搅拌混匀，得到混合溶液；
1.5将混合溶液置于0.6T的磁场中，并加热至110℃反应并保温 16min；
1.6反应结束后，以5300rpm转速离心150s后，得到离心产物；
1.7将离心产物依次用蒸馏水和乙醇交替洗涤3次，在然后55℃干燥135min，得到镍纳米线。
P-N异质结的制备，并参考图1，如图1所示，图中I-II-III-IV 依次为制备P-N异质结的过程的简单示意图。
2.1将步骤1.7中制备得到的镍纳米线溶解于乙醇溶液中，并用超声分散，得到镍纳米线溶液；
2.2将镍纳米线溶液滴在Si/SiO2绝缘衬底上，并用磁场排列成单根的镍纳米线，得到纳米线衬底样品；
2.3将光刻胶旋涂于纳米线衬底样品上并烘干，光刻使镍纳米线两端漏出，然后显影并烘干；
2.4将Pt电极溅射到经烘干的样品的镍纳米线去胶的两端，得到电极纳米线样品；
2.5将电极纳米线样品在管式炉中，常压条件下，以411℃进行退火，时间为114min，升温和降温速率均为11℃/min，得到Ni/NiO2核壳纳米线样品；
2.6将光刻胶旋涂于得到的Ni/NiO2核壳纳米线样品，并烘干，然后进行光刻电极图案并显影，电极图案覆盖并通过镍纳米线中间部位，得到光刻电极样品；
2.7在光刻的电极图案区域用激光脉冲沉积生长氧化锌薄膜，生长的压强为1×10-3Pa，激光的能量为320mJ，频率为3Hz，反应时间为18min，衬底距离氧化锌靶材的距离为65mm，衬底的温度为室温条件；
2.8带氧化锌薄膜生长完成，进行去胶处理，然后在氧化锌上压上金属铟In材料做成P-N异质结。
制备得到的P-N异质结，包括：
衬底；
配置于衬底上的镍基纳米线，镍纳米线的中部为Ni/NO核壳纳米线，两端为镍纳米线；
设置在衬底且分别覆盖镍纳米线的Pt电极；
设置在衬底上且覆盖Ni/NO核壳纳米线的氧化锌薄膜；
配置在氧化锌薄膜上的铟膜。
实施例3
本实施例提供镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，包括以下步骤：
镍纳米线制备：
1.1称取0.119g流水和氯化镍溶解于5mL的乙二醇中，得到第一溶液；
1.2将1.2g氢氧化钠溶解于25mL的乙二醇中，得到第二溶液；
1.3将第一溶液和第二溶液分别超声处理，并搅拌30min至完全溶解；
1.4将完全溶解的第一溶液和第二溶液混合并搅拌混匀，得到混合溶液；
1.5将混合溶液置于0.4T的磁场中，并加热至90℃反应并保温 20min；
1.6反应结束后，以5000rpm转速离心180s后，得到离心产物；
1.7将离心产物依次用蒸馏水和乙醇交替洗涤3次，在然后60℃干燥120min，得到镍纳米线。
P-N异质结的制备，并参考图1，如图1所示，图中I-II-III-IV 依次为制备P-N异质结的过程的简单示意图。
2.1将步骤1.7中制备得到的镍纳米线溶解于乙醇溶液中，并用超声分散，得到镍纳米线溶液；
2.2将镍纳米线溶液滴在Si/SiO2绝缘衬底上，并用磁场排列成单根的镍纳米线，得到纳米线衬底样品；
2.3将光刻胶旋涂于纳米线衬底样品上并烘干，光刻使镍纳米线两端漏出，然后显影并烘干；
2.4将Pt电极溅射到经烘干的样品的镍纳米线去胶的两端，得到电极纳米线样品；
2.5将电极纳米线样品在管式炉中，常压条件下，以400℃进行退火，时间为120min，升温和降温速率均为10℃/min，得到Ni/NiO2核壳纳米线样品；
2.6将光刻胶旋涂于得到的Ni/NiO2核壳纳米线样品，并烘干，然后进行光刻电极图案并显影，电极图案覆盖并通过镍纳米线中间部位，得到光刻电极样品；
2.7在光刻的电极图案区域用激光脉冲沉积生长氧化锌薄膜，生长的压强为1×10-3Pa，激光的能量为300mJ，频率为3Hz，反应时间为20min，衬底距离氧化锌靶材的距离为65mm，衬底的温度为室温条件；
2.8带氧化锌薄膜生长完成，进行去胶处理，然后在氧化锌上压上金属铟In材料做成P-N异质结。
制备得到的P-N异质结，包括：
衬底；
配置于衬底上的镍基纳米线，镍纳米线的中部为Ni/NO核壳纳米线，两端为镍纳米线；
设置在衬底且分别覆盖镍纳米线的Pt电极；
设置在衬底上且覆盖Ni/NO核壳纳米线的氧化锌薄膜；
配置在氧化锌薄膜上的铟膜。
实验例1
本实验例以实施例3提供的制备方法，制备镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结，并验证P-N异质结的整流比实验。
实验结果如图2和图3所示，从图2和图3可以看出，在0.5V 的开起电压下，镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的整流比达到6000左右。
综上所述，本发明提供的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，能通过简单的工艺制备得到导电能力较强的P-N异质结元器件，可以大量的制备并应用于半导体利于，具备较高的实际应用价值，以及较好的推广价值。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镍纳米线溶解于乙醇溶液并超声分散，得到镍纳米线醇溶液；
将所述镍纳米线醇溶液滴于在绝缘衬底，并通过磁场排列处理所述镍纳米线，得到纳米线衬底样品；
将光刻胶旋涂于所述纳米线衬底样品并烘干，光刻使所述镍纳米线两端漏出，并溅射金属电极覆盖，得到电极纳米线样品；
将所述电极纳米线样品进行退火氧化得到Ni/NiO核壳纳米线样品；
旋涂光刻胶于所述Ni/NiO核壳纳米线样品并烘干，通过所述镍纳米线中部光刻电极图案并显影，得到光刻电极样品；
在所述光刻电极样品的电极图案区域激光脉冲沉积生长氧化锌薄膜，并在氧化锌薄膜上配置铟金属，得到氧化镍和氧化锌薄膜构成的P-N异质结。
2.根据权利要求1所述的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，还包括镍纳米线制备，包括以下步骤：
将含镍溶液与乙二醇混合溶解得到第一溶液；
将氢氧化钠与乙二醇混合溶解得到第二溶液；
将所述第一溶液和所述第二溶液超声处理并搅拌溶解混合后，得到混合溶液；
将所述混合溶液置于磁场中并加热至80-110℃反应并保温16-26min，离心、洗涤并干燥反应产物得到镍纳米线。
3.根据权利要求2所述的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，所述磁场的强度为0.3-0.6T。
4.根据权利要求2所述的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，所述离心的转速为4800-5300rpm，时间为150-220s。
5.根据权利要求4所述的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，所述洗涤选用蒸馏水和乙醇交替洗涤3-5次，并55-68℃干燥110-135min。
6.根据权利要求1所述的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，所述绝缘衬底为Si/SiO2衬底。
7.根据权利要求1所述的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，所述退火氧化的温度为382-411℃，时间为114-126min；所述退火氧化的升温和降温速率为8-11℃/min。
8.根据权利要求1所述的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，沉积生长所述氧化锌薄膜的压强为1×10-4到1×10-3Pa。
9.根据权利要求1所述的镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结的制备方法，其特征在于，所述激光脉冲沉积生长的激光能量为280-320mJ，频率为3Hz，生长时间为18-25min。
10.一种镍/氧化镍核壳纳米线和氧化锌薄膜构成的P-N异质结，其特征在于，包括：
衬底；
配置于所述衬底上的镍基纳米线，所述镍纳米线的中部为Ni/NO核壳纳米线，两端为镍纳米线；
设置在所述衬底且分别覆盖所述镍纳米线的Pt电极；
设置在所述衬底上且覆盖所述Ni/NO核壳纳米线的氧化锌薄膜；
配置在氧化锌薄膜上的铟膜。
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