專利名稱：一種氧化鋅負阻器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化鋅負阻器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
負阻效應指的是在高電場的作用下，半導體導帶最低能谷中的電子獲得足夠的能量而轉(zhuǎn)移到能量略高的衛(wèi)星谷中，發(fā)生能谷間的散射，進入衛(wèi)星谷的電子有效質(zhì)量大為增加，遷移率大大降低，平均漂移速度減小，電導率下降，從而使得電流隨著電壓增大反而減小(參考文獻劉恩科，朱秉升，羅晉生，半導體物理學(1997))。呈現(xiàn)負阻特性的半導體中，n型GaAs和n型InP得到最廣泛的研究和應用，而其他許多半導體，如Ge、GdTe、InAs、InSb、ZnSe、GaInSb、InAsP、GaInAsP、CdCr2Se4等，也都已觀察到了這種特性(參考文獻S.M.Sze，Physics of Semiconductor Devices，2nded.(1981)；J.B.Gunn，SolidState Comm.，1，88(1963)；J.I.Nishizawa and Y.Watanabe，Japanese Patent(Apr.1957)；K.Sakai，T.Ikoma and Y.Adachi，Electron.Lett，10，402(1974)；R.E.Hayes and R.M.Raymond，Appl.Phys.Lett.，31，300(1977)；Y.Nakano，K.Mitsuzawa，K.Kodama and T.Niimi，Appl.Phys.Lett.，31，755(1977))。以負阻特性為基礎(chǔ)得到的轉(zhuǎn)移電子器件是重要的微波器件，已被廣泛用做局部震蕩器和功率放大器，成為探測系統(tǒng)、遠程控制和微波測試儀器上所使用的重要的固態(tài)微波源。
ZnO是一種重要的寬禁帶直接帶隙半導體材料。郭寶增等用全帶MonteCarlo方法模擬了ZnO的電子穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)輸運特性，從理論上預測了ZnO材料也具有負阻特性(參考文獻郭寶增，王永青，宗曉萍，孫榮霞，宋登元，UmbertoRavaioli，Maritin Staede，半導體學報，24，723(2003))。但是在實際中卻從來沒有過報道實現(xiàn)了ZnO的負阻特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種氧化鋅負阻器件及其制備方法。
本發(fā)明的氧化鋅負阻發(fā)光器件是在石英片上自下而上依次沉積歐姆接觸電極層、ZnO薄膜層、SiO2薄膜層和表面電極層而構(gòu)成。
其中，歐姆接觸電極層可以是Al。表面電極層可以采用Al或Au。
氧化鋅負阻器件的制備方法，包括以下步驟1)用電子束蒸發(fā)在清洗過的石英襯底上沉積一層歐姆接觸電極；
2)然后移至直流反應磁控濺射裝置的反應室中，以O2和Ar作為濺射氣氛，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶2～1∶5，在10～20Pa壓強下，襯底溫度為300℃～600℃，磁控濺射生長ZnO薄膜層；3)利用化學氣相沉積法或蒸發(fā)法或濺射法或溶膠—凝膠方法在ZnO薄膜層上沉積SiO2薄膜層；4)在SiO2薄膜上用濺射或蒸發(fā)法沉積表面電極層。
本發(fā)明中，當選用溶膠—凝膠法在ZnO薄膜層上沉積SiO2薄膜層，前驅(qū)體溶液可以是摩爾比為正硅酸四乙酯(TEOS)∶乙醇(EtOH)∶H2O＝1∶10∶10的溶液，并加入適量的HCl作為催化劑。當選用化學氣相沉積法在ZnO薄膜層上沉積SiO2薄膜層，以正硅酸四乙酯(TEOS)為氣源，沉積溫度為500℃，工作壓強為100Torr。當選用電子束蒸發(fā)方法在ZnO薄膜層上沉積SiO2薄膜層，以石英為靶材，襯底溫度120℃，燈絲電壓為8kV，束流為10mA，沉積速率小于2/s。當選用濺射法在ZnO薄膜層上沉積SiO2薄膜層，靶材用3英寸重摻硅靶，襯底溫度為350℃，以O2和Ar作為濺射氣氛，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶5，工作壓強為5Pa，濺射功率為120W。
用本發(fā)明方法制備的器件在正向偏壓下(負壓加在ZnO薄膜上)可以得到ZnO的負阻現(xiàn)象。
本發(fā)明優(yōu)點在于在ZnO薄膜上引入絕緣層，從而在高場下實現(xiàn)了ZnO的負阻特性。器件的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方式簡單，不需要采用復雜的分子束外延(MBE)和金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)等手段。


圖1是氧化鋅負阻器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是氧化鋅負阻器件在正向偏置下的電流—電壓曲線，呈現(xiàn)明顯的負阻特性。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
參照圖1，發(fā)明的氧化鋅負阻器件是在石英片1上自下而上依次沉積歐姆接觸電極層2、ZnO薄膜層3、SiO2薄膜層4和表面電極層5而構(gòu)成。
實施例1采取如下工藝步驟1)石英片清洗后用電子束蒸發(fā)在其表面沉積一層Al做為ZnO的歐姆接觸電極；然后放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至1×10-3Pa；利用反應直流濺射的方法沉積厚度約為300nm的ZnO薄膜，在濺射時，采用Zn靶、襯底溫度300℃、濺射功率120W、通以O2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為1∶2，工作壓強為10Pa；2)采用摩爾比為正硅酸四乙酯(TEOS)∶乙醇(EtOH)∶H2O＝1∶10∶10的前驅(qū)體溶液，并加入適量的HCl作為催化劑，利用溶膠—凝膠方法在ZnO薄膜上旋涂沉積厚度約為200nm的SiO2薄膜，旋涂后在80℃下烘干20分鐘，然后在650℃于氧氣下熱處理2小時；3)在SiO2薄膜上電子束蒸發(fā)100nm厚的Al膜。
實施例2采取如下工藝步驟1)石英片清洗后用電子束蒸發(fā)在其表面沉積一層Al電極；然后放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至5×10-3Pa；利用反應直流濺射的方法沉積厚度約為300nm的ZnO薄膜，在濺射時，采用Zn靶、襯底溫度500℃、濺射功率120W、通以O2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為1∶3，工作壓強為20Pa，2)以石英為靶材，利用電子束蒸發(fā)方法在ZnO薄膜上沉積厚度約為100nm的SiO2薄膜；3)在SiO2薄膜上濺射沉積100nm厚的Au薄膜。
實施例3采取如下工藝步驟1)石英片清洗后用電子束蒸發(fā)在其表面沉積一層Al電極；然后放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至3×10-3Pa；利用反應直流濺射的方法沉積厚度約為300nm的ZnO薄膜，在濺射時，采用Zn靶、襯底溫度500℃、濺射功率120W、通以O2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為1∶5，工作壓強為20Pa；2)以正硅酸四乙酯(TEOS)為氣源，利用化學氣相沉積方法在ZnO薄膜上沉積厚度約為100nm的SiO2薄膜，沉積溫度為500℃，工作壓強為100Torr；3)在SiO2薄膜上電子束蒸發(fā)一層50nm厚的Al膜。
圖2給出了通過上述方法獲得的器件在室溫下測得的正向電流—電壓曲線(負壓加在ZnO上)。從圖中可以看出，隨著電壓的增大，電流先是指數(shù)增大，等電壓增大到一定值后，再繼續(xù)增大電壓，電流開始減小，這是典型的負阻特征。
權(quán)利要求
1.氧化鋅負阻器件，其特征是在石英片(1)上自下而上依次沉積歐姆接觸電極層(2)、ZnO薄膜層(3)、SiO2薄膜層(4)和表面電極層(5)而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅負阻器件，其特征是歐姆接觸電極層(1)為Al。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅負阻器件，其特征是表面電極層(5)為Al或Au。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅負阻器件的制備方法，其特征是包括以下步驟1)用電子束蒸發(fā)在清洗過的石英襯底上沉積一層歐姆接觸電極；2)然后移至直流反應磁控濺射裝置的反應室中，以O2和Ar作為濺射氣氛，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶2～1∶5，在10～20Pa壓強下，襯底溫度為300℃～600℃，磁控濺射生長ZnO薄膜層；3)利用化學氣相沉積法或蒸發(fā)法或濺射法或溶膠—凝膠方法在ZnO薄膜層上沉積SiO2薄膜層；4)在SiO2薄膜上用濺射或蒸發(fā)法沉積表面電極層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化鋅負阻器件及其制備方法。該器件是在石英片上自下而上依次沉積歐姆接觸電極層、ZnO薄膜層、SiO
文檔編號H01C7/00GK1933209SQ20061005375
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者馬向陽, 楊德仁, 陳培良, 闕端麟 申請人:浙江大學