一種高質(zhì)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(zhì)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?dú)獯蹈?；再放在管式爐的石英管內(nèi)，通入氬氣做保護(hù)氣體，以15℃/min的速度升溫至1050?1100℃，并保溫一個(gè)小時(shí)；1050?1100℃下，通入空氣將銅片氧化，保溫一個(gè)小時(shí)；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(gè)小時(shí)；最后在氬氣保護(hù)下，以10℃/min的速度降溫至500℃，然后自然冷卻至室溫，獲得高質(zhì)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(dá)到60cm2/V·s以上。本發(fā)明操作簡便，結(jié)果穩(wěn)定，可獲得高質(zhì)量的氧化亞銅薄膜。
【專利說明】
一種高質(zhì)量P型氧化亞銅薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)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(zhì)量P型氧化亞銅薄膜的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]最近的一項(xiàng)研究報(bào)導(dǎo)列舉了九種無機(jī)半導(dǎo)體材料，其被認(rèn)為既具有材料提取成本低于晶體硅的優(yōu)點(diǎn)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(yīng)用潛能受到了極大的關(guān)注。氧化亞銅是一種本征P型的半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為2.leV，其本征P型導(dǎo)電是由其晶體內(nèi)部的銅空位形成受主能級(jí)而造成的。氧化亞銅在可見光區(qū)域有較高的吸收系數(shù)和光電轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)肖克利-奎伊瑟極限，同質(zhì)結(jié)氧化亞銅太陽能電池效率理論上可達(dá)20 %。另外，氧化亞銅還在光催化降解，催化劑，磁存儲(chǔ)裝置等方面有潛在的應(yīng)用前景。
[0003]目前關(guān)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(xué)沉積法和高溫?zé)嵫趸?。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(diǎn)。電化學(xué)沉積可沉積得到晶體質(zhì)量不錯(cuò)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(diǎn)，不利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。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(yīng)生成氧化亞銅。第
[4]部是為了獲得結(jié)晶質(zhì)量高，晶粒尺寸大的氧化亞銅薄膜。最后一步是在保護(hù)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(yīng)力裂痕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高質(zhì)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(yīng)獲得目標(biāo)產(chǎn)物，通過高溫退火獲得優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能和電學(xué)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(shí)際需要的大小，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的硝酸溶液清洗30s，然后用去離子水沖洗干凈，用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br>[0007]2)將上述銅片置于石英舟中再放入管式爐中，先用機(jī)械栗抽出空氣，然后通入氬氣，重復(fù)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(gè)小時(shí);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(gè)小時(shí)；銅與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)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(hù)，保溫兩個(gè)小時(shí)；
[0010]5)在氬氣保護(hù)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(zhì)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(yīng)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(jié)晶質(zhì)量高、晶粒尺寸大，電學(xué)性能優(yōu)異、載流子迀移率達(dá)到60cm2/v.s以上，采用原料存儲(chǔ)量豐富、成本低廉、無毒性、無污染，可有效降低產(chǎn)品成本，此外該方法簡單可行、對(duì)設(shè)備要求不高，可以大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，有廣闊的應(yīng)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(shí)施方式】
[0013]實(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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?dú)獯蹈蓚溆谩?br>[0015]2)將清洗好的銅片放在石英舟中放入管式爐中，先用機(jī)械栗抽出空氣，然后通入氬氣，重復(fù)幾次直至空氣完全排除，關(guān)閉機(jī)械栗，保持通入氬氣。以15°C/min的速度升溫至1050°C，保溫一個(gè)小時(shí)。
[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(jī)械栗抽氣，使空氣流動(dòng)暢通，保溫一個(gè)小時(shí)。
[0017]4)在1050°C溫度下，重復(fù)步驟2)中的步驟，保溫兩個(gè)小時(shí)。
[0018]5)在氬氣保護(hù)下，以10°C/min的速度降溫至500°C，然后自然冷卻至室溫，關(guān)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(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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?dú)獯蹈蓚溆谩?br>[0022]2)將清洗好的銅片放在石英舟中放入管式爐中，先用機(jī)械栗抽出空氣，然后通入氬氣，重復(fù)幾次直至空氣完全排除，關(guān)閉機(jī)械栗，保持通入氬氣。以15°C/min的速度升溫至1100°C，保溫一個(gè)小時(shí)。
[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(jī)械栗抽氣，使空氣流動(dòng)暢通，保溫一個(gè)小時(shí)。
[0024]4)在1100°C溫度下，重復(fù)步驟2)中的步驟，保溫兩個(gè)小時(shí)。
[0025]5)在氬氣保護(hù)下，以10°C/min的速度降溫至500°C，然后自然冷卻至室溫，關(guān)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(quán)項(xiàng)】
1.一種高質(zhì)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(shí)際需要的大小，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的硝酸溶液清洗30s，然后用去離子水沖洗干凈，用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?2)將上述銅片置于石英舟中再放入管式爐中，先用機(jī)械栗抽出空氣，然后通入氬氣，重復(fù)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(gè)小時(shí)； 3)在1050-1100°C溫度下，通入空氣，保溫一個(gè)小時(shí)； 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(hù)，保溫兩個(gè)小時(shí)； 5)在氬氣保護(hù)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(zhì)量P型氧化亞銅薄膜。
【文檔編號(hào)】C01G3/02GK105967220SQ201610292887
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】朱麗萍, 牛文哲, 王怡塵
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)