Структура гетерогенного р-n перехода на основе наностержней оксида цинка и полупроводниковой пленки
Владельцы патента RU 2323872:
Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) (RU)
Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники и может быть использовано для разработки новых наноприборов на основе р-n перехода, таких как фотодетекторы, сенсоры, полевые транзисторы, светодиоды и т.д. Сущность изобретения: в структуре гетерогенного р-n перехода на основе, по крайней мере, одного наностержня оксида цинка n-типа проводимости и полупроводниковой пленки р-типа проводимости, расположенных на подложке, полупроводниковая пленка выполнена из оксида никеля и расположена либо непосредственно на подложке, либо на верхних концах наностержней. Техническим результатом изобретения является создание более совершенного перехода. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники и может быть использовано для разработки новых наноприборов на основе p-n перехода, таких как фотодетекторы, сенсоры, полевые транзисторы, светодиоды и т.д.
Известна структура гетерогенного p-n перехода, состоящая из эпитаксиальных пленок оксида никеля и оксида цинка (Hiromichi Ohta, Masao Kamiya, Toshio Kamiya, Masahiro Hirano, HideoHosono, UV-detector based on p-n heterojunction diode composed of transparent oxide semiconductors, p-NiO/n-ZnO, Thin Solid Films, 445 (2003) 317-321).
Однако p-n переход, получаемый на основе такой структуры, не удовлетворяет требованиям современной техники.
Известна принятая за прототип структура гетерогенного p-n перехода, состоящая из полупроводниковой пленки p-типа проводимости и наностержней оксида цинка n-типа проводимости. Наностержни оксида цинка выращены на полупроводниковой пленке, расположенной на изолирующей подложке из оксида алюминия таким образом, что между наностержнями имеются зазоры, которые заполнены диэлектриком для исключения закорачивания p-n перехода при осаждении электрического контакта. В качестве материалов полупроводниковой пленки p-типа проводимости были взяты полупроводник III-V групп, II-VI и IV группы (Yi Gyu-Chul, Park Won-Il, p-n heterojunction structure of zinc oxide - based nanorod and semiconductor thin film, preparation thereof, and nanodevices comprising same, WO 2004114422).
Однако изготовление вышеописанной структуры зачастую приводит к окислению поверхности полупроводниковой пленки p-типа проводимости, что ухудшает свойства p-n перехода.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание более совершенного перехода.
Техническим результатом которой является создание p-n перехода на более совместимых друг с другом компонентах, оба из которых выполнены только из оксидов.
Поставленная задача решается предлагаемой структурой гетерогенного p-n перехода на основе, по крайней мере, одного наностержня оксида цинка n-типа проводимости и полупроводниковой пленки p-типа проводимости расположенных на подложке, новизна которой заключается в том, что полупроводниковая пленка выполнена из оксида никеля и расположена либо непосредственно на подложке, либо на на верхних концах наностержней.
Наностержни оксида цинка могут быть сомкнуты у своего основания для исключения закорачивания между контактом и полупроводниковой пленкой.
Структура гетерогенного p-n перехода по п.1, отличающаяся тем, что диаметр наностержня оксида цинка составляет 5-500 нм и отношение длины наностержня к его диаметру равно 2 и более.
Структура гетерогенного p-n перехода по п.1, отличающаяся тем, что толщина пленки оксида никеля составляет 10-2000 нм.
Структура гетерогенного р-n перехода по п.1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из проводящего, полупроводникового или изолирующего материала.
На Фиг.1-6 изображены несколько вариантов общего вида предлагаемой структуры гетерогенного p-n перехода, не ограничивающих данное изобретение.
На Фиг.1-2 структура гетерогенного p-n перехода состоит из последовательно расположенных подложки 1, осажденной на нее полупроводниковой пленки оксида никеля p-типа проводимости 2, выращенных на ней наностержней оксида цинка n-типа проводимости 3 и контактов к пленке оксида никеля и наностержням оксида цинка 4. Причем на фиг.1 наностержни оксида цинка 3 расположены на пленке оксида никеля 2 с зазором, а на Фиг.2 сомкнуты у своего основания.
На Фиг.4-6 структура гетерогенного p-n перехода состоит из подложки 1, выращенных на ней наностержней оксида цинка n-типа проводимости 3, осажденной на них полупроводниковой пленки оксида никеля p-типа проводимости 2, и контактов к пленке оксида никеля и наностержням оксида цинка 4. Причем на фиг.3-4 наностержни оксида цинка 3 расположены на подложке 1 с зазором, а на Фиг.5-6 сомкнуты у своего основания. На Фиг.3 и 5 (в случае полупроводниковой или изолирующей подложки) контакты 4 к наностержням оксида цинка 3 соединены непосредственно с наностержнями, а на Фиг.4 и 6 (в случае проводящей или полупроводниковой подложки) контакты 4 соединены с подложкой 1.
Приведенный ниже пример иллюстрирует, но не ограничивает применение данного изобретения.
Пример 1
Пленка оксида никеля толщиной 50 нм осаждалась на полупроводниковую подложку монокристаллического кремния ориентации (100) методом электроннолучевого осаждения. Затем на пленке оксида никеля методом газофазного осаждения выращивались наностержни оксида цинка диаметром 400-500 нм и отношением длины к диаметру 10-12 (Фиг.1). Качество (ухудшение свойств) p-n перехода как при росте наностержней оксида цинка, так и при эксплуатации самого перехода не изменялось. После этого к пленке оксида никеля и к наностержням оксида цинка с помощью проводящего клея изготавливали контакты с медными проволочками.
Пример 2
То же, что в примере 1, только наностержни оксида цинка смыкались у основания (Фиг.2), где их диаметр составлял 250-300 нм, а отношение их длины к диаметру - 12-16. При этом толщина пленки оксида никеля составляет 130 нм. После этого к пленке оксида никеля и к наностержням оксида цинка с помощью проводящего клея изготавливали контакты с медными проволочками. Используя эти контакты, была измерена вольт-амперная характеристика структуры (Фиг.7) в темноте и при облучении светом с длиной волны 420 нм. Форма кривой вольт-амперной характеристики указывает на наличие между пленкой оксида никеля и наностержнями оксида цинка p-n перехода. Увеличение значений тока, протекающего через структуру, при облучении светом с длиной волны 420 нм указывает на чувствительность структуры к свету фиолетового и ультрафиолетового диапазона. Качество (ухудшение свойств) p-n перехода как при росте наностержней оксида цинка, так и при эксплуатации самого перехода не изменялось.
Пример 3
На изолирующей подложке из оксида алюминия методом лазерного осаждения выращивалась проводящая пленка нитрида титана. Затем на ней методом газофазного осаждения выращивались наностержни оксида цинка диаметром 60-70 нм и отношением длины к диаметру, равном 90-100. Затем методом электроннолучевого осаждения на наностержни наносилась пленка оксида никеля толщиной 500 нм (Фиг.3). После этого к пленке оксида никеля и к наностержням оксида цинка с помощью проводящего клея изготавливали контакты с медными проволочками. Используя эти контакты, была измерена вольт-амперная характеристика структуры в темноте и при облучении светом с длиной волны 420 нм. Форма кривой вольт-амперной характеристики указывает на наличие между пленкой оксида никеля и наностержнями оксида цинка p-n перехода. Увеличение значений тока, протекающего через структуру, при облучении светом с длиной волны 420 нм указывает на чувствительность структуры к свету фиолетового и ультрафиолетового диапазона. Качество (ухудшение свойств) p-n перехода как при росте наностержней оксида цинка, так и при эксплуатации самого перехода не изменялось.
Пример 4
То же, что в примере 3, только наностержни оксида цинка смыкались у основания (Фиг.5), где их диаметр составлял 400-500 нм, а отношение их длины к диаметру - 50-60. При этом толщина пленки оксида никеля составляет 1000 нм. Качество (ухудшение свойств) p-n перехода как при росте наностержней оксида цинка, так и при эксплуатации самого перехода не изменялись.
Пример 5
На проводящей подложке из сильно легированного кремния с удельным сопротивлением 0,001 Ом·см методом газофазного осаждения выращивались наностержни оксида цинка диаметром 70-80 нм (Фиг.4) с отношением их длины к диаметру - 20-30. При этом контакт к наностержням осуществлялся через подложку. Толщина пленки оксида никеля составляла 1000 нм. Качество (ухудшение свойств) p-n перехода как при росте наностержней оксида цинка, так и при эксплуатации самого перехода не изменялось.
Пример 6
То же, что в примере 5, только наностержни оксида цинка смыкались у основания (Фиг.6), где их диаметр составлял 350-450 нм, а отношение их длины к диаметру - 25-35. Качество (ухудшение свойств) p-n перехода как при росте наностержней оксида цинка, так и при эксплуатации самого перехода не изменялись.
Как видно из приведенных примеров, структура предлагаемого p-n перехода позволяет использовать ее для разработки новых более совершенных наноприборов.
1. Структура гетерогенного р-n перехода на основе, по крайней мере, одного наностержня оксида цинка n-типа проводимости и полупроводниковой пленки р-типа проводимости, расположенных на подложке, отличающаяся тем, что полупроводниковая пленка выполнена из оксида никеля и расположена либо непосредственно на подложке, либо на верхних концах наностержней.
2. Структура гетерогенного р-n перехода по п.1, отличающаяся тем, что наностержни оксида цинка сомкнуты у своего основания.
3. Структура гетерогенного р-n перехода по п.1, отличающаяся тем, что диаметр наностержня оксида цинка составляет 5-500 нм и отношение длины наностержня к его диаметру равно 2 и более.
4. Структура гетерогенного р-n перехода по п.1, отличающаяся тем, что толщина пленки оксида никеля составляет 10-2000 нм.
5. Структура гетерогенного р-n перехода по п.1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из проводящего, полупроводникового или изолирующего материала.
