一種高質量p型氧化亞銅薄膜的制備方法
【專利摘要】本發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。本發明操作簡便，結果穩定，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點又具有優異的發電潛能。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，不利于大規模工業生產。本發明中第(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。
【發明內容】
[0004]本發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，可以大規模應用于工業生產中，有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發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
【發明人】朱麗萍, 牛文哲, 王怡塵
【申請人】浙江大學