一種高質量p型氧化亞銅薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高質量p型氧化亞銅薄膜的制備方法，其步驟如下：將銅片清洗后用氮氣吹干；再放在管式爐的石英管內，通入氬氣做保護氣體，以15℃/min的速度升溫至1050?1100℃，并保溫一個小時；1050?1100℃下，通入空氣將銅片氧化，保溫一個小時；然后1050?1100℃下，再次使用氬氣將空氣趕出，氬氣氛圍下保溫兩個小時；最后在氬氣保護下，以10℃/min的速度降溫至500℃，然后自然冷卻至室溫，獲得高質量p型氧化亞銅薄膜。本發(fā)明獲得的氧化亞銅具有晶粒尺寸大，載流子遷移率達到60cm2/V·s以上。本發(fā)明操作簡便，結果穩(wěn)定，可獲得高質量的氧化亞銅薄膜。
【專利說明】
一種高質量P型氧化亞銅薄膜的制備方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種P型氧化亞銅薄膜的制備方法，尤其涉及一種高質量P型氧化亞銅薄膜的制備方法，屬于材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]最近的一項研究報導列舉了九種無機半導體材料，其被認為既具有材料提取成本低于晶體硅的優(yōu)點又具有優(yōu)異的發(fā)電潛能。其中，氧化亞銅作為太陽能電池吸光層的應用潛能受到了極大的關注。氧化亞銅是一種本征P型的半導體材料，其禁帶寬度為2.leV，其本征P型導電是由其晶體內部的銅空位形成受主能級而造成的。氧化亞銅在可見光區(qū)域有較高的吸收系數和光電轉換效率。根據肖克利-奎伊瑟極限，同質結氧化亞銅太陽能電池效率理論上可達20 %。另外，氧化亞銅還在光催化降解，催化劑，磁存儲裝置等方面有潛在的應用前景。
[0003]目前關于氧化亞銅薄膜制備的研究中，主要有物理沉積法，包括磁控濺射沉積和脈沖激光沉積等；電化學沉積法和高溫熱氧化法。其中物理法生長的氧化亞銅薄膜有晶粒尺寸小，薄膜致密度不高的缺點。電化學沉積可沉積得到晶體質量不錯的氧化亞銅薄膜，但是又有生長速度慢，薄膜厚度分布不均勻等缺點，不利于大規(guī)模工業(yè)生產。本發(fā)明中第(2)步是為了是銅基片充分加熱。第(3)步是為了使銅片與空氣中的氧氣反應生成氧化亞銅。第
[4]部是為了獲得結晶質量高，晶粒尺寸大的氧化亞銅薄膜。最后一步是在保護氣體的氛圍下緩慢降溫，一方面避免氧化亞銅被氧化為氧化銅，另一方面避免降溫速度過快帶來的應力裂痕。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種高質量P型氧化亞銅薄膜的制備方法。
[0005]本發(fā)明采用熱氧化法，使用純銅襯底在高溫下(1050-1100°C)與氧氣反應獲得目標產物，通過高溫退火獲得優(yōu)異的結構性能和電學性能，具體包括如下步驟:
[0006]I)將純度為99.999%，厚度為0.01-0.2mm的銅片裁剪為實際需要的大小，使用質量分數為20%的硝酸溶液清洗30s，然后用去離子水沖洗干凈，用氮氣吹干備用；
[0007]2)將上述銅片置于石英舟中再放入管式爐中，先用機械栗抽出空氣，然后通入氬氣，重復幾次直至空氣完全排除，保持氬氣氛圍，以15°C/min的速度升溫至1050-1100°C，保溫一個小時;該步可使得銅基片充分加熱；
[0008]3)在1050-1100°C溫度下，通入空氣，保溫一個小時；銅與空氣中的氧氣發(fā)生反應生成氧化亞銅；
[0009]4)在1050-1100°C溫度下，如步驟2)中再次排出空氣，通入氬氣保護，保溫兩個小時；
[0010]5)在氬氣保護下，以10°C/min的速度降溫至500°C，然后自然冷卻至室溫取出，得到高質量P型氧化亞銅薄膜。通過在氬氣氛圍下緩慢降溫一方面可避免氧化亞銅被氧化為氧化銅，另一方面避免降溫速度過快帶來的應力裂痕。
[0011]本發(fā)明中采用的制備方法獲得的P型氧化亞銅薄膜結晶質量高、晶粒尺寸大，電學性能優(yōu)異、載流子迀移率達到60cm2/v.s以上，采用原料存儲量豐富、成本低廉、無毒性、無污染，可有效降低產品成本，此外該方法簡單可行、對設備要求不高，可以大規(guī)模應用于工業(yè)生產中，有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明獲得的氧化亞銅薄膜的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
[0014]I)將純度為99.999%,厚度為0.0lmm的銅片裁剪為20mm X 20mm的大小，配備質量分數為20%的硝酸溶液，用鑷子夾著銅片在硝酸中清洗30s，然后用去離子水沖洗干凈，用氮氣吹干備用。
[0015]2)將清洗好的銅片放在石英舟中放入管式爐中，先用機械栗抽出空氣，然后通入氬氣，重復幾次直至空氣完全排除，關閉機械栗，保持通入氬氣。以15°C/min的速度升溫至1050°C，保溫一個小時。
[0016]3)在1050°C溫度下，停止通入氬氣，開始在管式爐一端通入空氣，另一端使用機械栗抽氣，使空氣流動暢通，保溫一個小時。
[0017]4)在1050°C溫度下，重復步驟2)中的步驟，保溫兩個小時。
[0018]5)在氬氣保護下，以10°C/min的速度降溫至500°C，然后自然冷卻至室溫，關閉氬氣，取出樣品。
[0019]本例制得的P型氧化亞銅薄膜，其XRD圖譜如圖1所示，其電阻率為8.551 Χ103Ω.cm，迀移率為65.7cm3/V.s，載流子空穴濃度為I.111 X 1013/cm3o
[0020]實施例2
[0021 ] I)將純度為99.999%,厚度為0.2mm的銅片裁剪為1mmX 1mm的大小，配備質量分數為20%的硝酸溶液，用鑷子夾著銅片在硝酸中清洗30s，然后用去離子水沖洗干凈，用氮氣吹干備用。
[0022]2)將清洗好的銅片放在石英舟中放入管式爐中，先用機械栗抽出空氣，然后通入氬氣，重復幾次直至空氣完全排除，關閉機械栗，保持通入氬氣。以15°C/min的速度升溫至1100°C，保溫一個小時。
[0023]3)在1100°C溫度下，停止通入氬氣，開始在管式爐一端通入空氣，另一端使用機械栗抽氣，使空氣流動暢通，保溫一個小時。
[0024]4)在1100°C溫度下，重復步驟2)中的步驟，保溫兩個小時。
[0025]5)在氬氣保護下，以10°C/min的速度降溫至500°C，然后自然冷卻至室溫，關閉氬氣，取出樣品。
[0026]本例制得的P型氧化亞銅薄膜，其電阻率為8.461 XlO3 Ω.cm，迀移率為69.3cm3/V.s，載流子空穴濃度為1.244X1013/cm3。
【主權項】
1.一種高質量P型氧化亞銅薄膜的制備方法，其特征在于，該方法的制備步驟如下: 1)將純度為99.999%,厚度為0.01-0.2mm的銅片裁剪為實際需要的大小，使用質量分數為20%的硝酸溶液清洗30s，然后用去離子水沖洗干凈，用氮氣吹干備用； 2)將上述銅片置于石英舟中再放入管式爐中，先用機械栗抽出空氣，然后通入氬氣，重復幾次直至空氣完全排除，保持氬氣氛圍，以15°C/min的速度升溫至1050-1100°C，保溫一個小時； 3)在1050-1100°C溫度下，通入空氣，保溫一個小時； 4)在1050-1100°C溫度下，如步驟2)中再次排出空氣，通入氬氣保護，保溫兩個小時； 5)在氬氣保護下，以10°C/min的速度降溫至500°C，然后自然冷卻至室溫取出，得到高質量P型氧化亞銅薄膜。
【文檔編號】C01G3/02GK105967220SQ201610292887
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】朱麗萍, 牛文哲, 王怡塵
【申請人】浙江大學