n型CuO薄膜的制備方法、反型異質結技術

本發明專利技術提供了一種n型CuO薄膜的制備方法，包括：S)將銅靶材在工作氣體與反應氣體的環境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到n型CuO薄膜；所述反應磁控濺射的濺射功率為40～60W。與現有技術相比，本發明專利技術通過改變濺射過程中的參數從而對所制備薄膜的導電類型進行調控，通從而使沉積的CuO薄膜出現氧空位，呈現n型導電，所制備得到的n型CuO薄膜屬于電子導電，其電子遷移率更高，導電性較好，在光照下產生的光生電子壽命長，在內建電場的作用下容易有效分離，減小了復合率；并且可與p型硅形成的異質結具有良好的整流特征，在光解水制氫中可有效地對載流子進行分離，提高效率。

Preparation methods of N type CuO thin films and anti heterojunction

The invention provides a preparation method, N type CuO films include: S) the copper target magnetron sputtering in the working gas and reaction gas environment, N type CuO thin films deposited on substrate; sputtering power of the magnetron sputtering is 40 ~ 60W. Compared with the prior art, the invention by changing the parameters of sputtering process of conductive type film prepared through regulation, so that the CuO thin film deposition appeared oxygen vacancies, showed n type conductive, n made of CuO film prepared belongs to the electronic conductivity, the electron transfer rate is higher, conductive well, in light of the photogenerated electrons and long life, the built-in electric field can effectively reduce the composite separation rate; heterogeneous and can be formed with P type Silicon Junction Rectifier has good characteristics, in water photolysis can be effectively used to separate carrier, improve efficiency.

【技術實現步驟摘要】
n型CuO薄膜的制備方法、反型異質結
本專利技術屬于無機功能薄膜材料
，尤其涉及n型CuO薄膜的制備方法、反型異質結。
技術介紹
眾所周知，在眾多的可再生能源中，太陽能以其分布廣泛、清潔無污染等優點，成為解決未來能源危機的理想能源。自1972年日本科學家Fujishima報道了TiO2電極光電催化分解水制氫以來，已有130多種材料被發現具有光催化分解水制氫性能。其中，CuO的禁帶寬度為1.21eV～1.55eV，理論上能夠吸收所有的可見光和部分不可見光，同時還具有無毒，價格低廉，穩定性好等優點，因此被廣泛應用于太陽能電池、異質結器件、發光二極管及超導器件等。但是，自然界中的CuO由于含有大量的銅空位而呈現p型導電，空穴在晶體中的遷移率較低且容易被復合，因而限制了其應用和效率的提高。在反應磁控濺射制備CuO薄膜的過程中，參數對于薄膜的性能具有重要的影響。目前報道的CuO多數為p型導電，若能制備出n型導電的CuO薄膜，則有利于擴展其在光解水，二極管發光器件等領域的應用，乃至提高相應器件的性能。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術要解決的技術問題在于提供一種n型CuO薄膜的制備方法、反型異質結，該方法制備的n型CuO薄膜的導電性能較好。本專利技術提供了一種n型CuO薄膜的制備方法，包括：S)將銅靶材在工作氣體與反應氣體的環境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到n型CuO薄膜；所述反應磁控濺射的濺射功率為40～60W。優選的，所述襯底的溫度為100℃～200℃。優選的，所述磁控濺射前先進行預濺射，所述預濺射的功率為40～60W；所述預濺射的時間為15～20min。優選的，所述磁控濺射的時間30～50min。優選的，所述銅靶材與襯底的距離為5～8cm。優選的，所述工作氣體為氬氣；所述工作氣體的流量為25～30sccm；所述反應氣體為氧體；所述反應氣體的流量為8～12sccm。優選的，所述步驟S)具體為：將襯底放入磁控濺射室內，對磁控濺射室預抽真空，然后通入工作氣體與反應氣體；加熱襯底，進行預濺射后，再將襯底中心與銅靶材正對，進行磁控濺射，在襯底上沉積得到n型CuO薄膜。優選的，所述磁控濺射后，將襯底與沉積在襯底上的薄膜以在磁控濺射室內以相同的環境保持20～40min，再自然冷卻至室溫，得到沉積在襯底上的n型CuO薄膜。本專利技術還提供了一種反型異質結，包括p型硅與設置在p型硅上的n型CuO薄膜。優選的，所述n型CuO薄膜為上述所制備的n型CuO薄膜。本專利技術提供了一種n型CuO薄膜的制備方法，包括：S)將銅靶材在工作氣體與反應氣體的環境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到n型CuO薄膜；所述反應磁控濺射的濺射功率為40～60W。與現有技術相比，本專利技術通過改變濺射過程中的參數從而對所制備薄膜的導電類型進行調控，通過調節濺射功率改變銅的濺射產額，從而使沉積的CuO薄膜出現氧空位，呈現n型導電，所制備得到的n型CuO薄膜屬于電子導電，其電子遷移率更高，導電性較好，光吸收優于p型CuO薄膜，在光照下產生的光生電子壽命長，在內建電場的作用下容易有效分離，減小了復合率，使更多的電子可到達薄膜表面，參與光解水制氫的半反應，從而提高了光子效率；并且可與p型硅形成的異質結具有良好的整流特征，在光解水制氫中可有效地對載流子進行分離，提高效率。附圖說明圖1為本專利技術實施例1～3及比較例1中得到的CuO薄膜的紫外-可見光譜圖；圖2為本專利技術實施例1～3及比較例1中得到的CuO薄膜的電阻率曲線圖；圖3為本專利技術實施例1～3及比較例1中得到的CuO薄膜的I-V特性曲線圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術提供了一種n型CuO薄膜的制備方法，包括：S)將銅靶材在工作氣體與反應氣體的環境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到n型CuO薄膜；所述反應磁控濺射的濺射功率為40～60W。其中，本專利技術對所有原料的來源并沒有特殊的限制，為市售即可；所述襯底為本領域技術人員熟知的襯底即可，并無特殊的限制，本專利技術中優選為石英或硅。按照本專利技術，所述步驟S)具體為：將襯底放入磁控濺射室內，對磁控濺射室預抽真空，然后通入工作氣體與反應氣體；加熱襯底，進行預濺射后，再將襯底中心與銅靶材正對，進行磁控濺射，在襯底上沉積得到n型CuO薄膜。將襯底放入磁控濺射室內；所述襯底與銅靶材的距離優選為5～8cm。然后對磁控濺射室預抽真空，優選使其真空度優于5.0×10-4～7.0×10-4Pa，更優選為5.0×10-4～6.0×10-4Pa，再優選為5.0×10-4Pa。抽真空后，通入工作氣體與反應氣體；所述工作氣體優選為氬氣，更優選為純度優于99.99％的氬氣；所述工作氣體的流量優選為25～30sccm，更優選為25～28sccm，再優選為25sccm；所述反應氣體優選為氧氣，更優選為純度優于99.99％的氧氣；所述反應氣體的流速優選為8～12sccm，更優選為8～10sccm，再優選為8sccm。加熱襯底；所述襯底的溫度優選為100℃～200℃，更優選為120℃～200℃，再優選為150℃～200℃，再優選為180℃～200℃，最優選為200℃。然后優選進行預濺射；所述預濺射的功率優選為40～60W，更優選為40～50W，再優選為50W；所述預濺射的時間優選為15～20min，更優選為15～18min，再優選為15min；預濺射的目的是清除銅靶材表面的污染物。預濺射后，優選轉動襯底位置使其中心與靶材正對，然后進行磁控濺射，所述磁控濺射的濺射功率為40～60W，優選為40～50W，更優選為50W；所述磁控濺射的時間優選為30～50min，更優選為30～40min，再優選為30min。在反應磁控濺射制備CuO薄膜的過程中，參數對于薄膜的性能具有重要的影響，由氬離子濺射出的銅原子到達基底后，與周圍的氧氣發生反應生成CuO，適當調節濺射功率，可使濺射并達到襯底表面的銅原子多于氧原子，從而使薄膜呈現n型導電，過高的功率則會生成Cu2O等雜相。磁控濺射后，優選將襯底與沉積在襯底上的薄膜在磁控濺射室內以相同的環境保持20～40min，更優選保持30min后，自然冷卻至室溫，得到沉積在襯底上的n型CuO薄膜。本專利技術通過改變濺射過程中的參數從而對所制備薄膜的導電類型進行調控，通過調節濺射功率改變銅的濺射產額，從而使沉積的CuO薄膜出現氧空位，呈現n型導電，所制備得到的n型CuO薄膜屬于電子導電，其電子遷移率更高，導電性較好，光吸收優于p型CuO薄膜，在光照下產生的光生電子壽命長，在內建電場的作用下容易有效分離，減小了復合率，使更多的電子可到達薄膜表面，參與光解水制氫的半反應，從而提高了光子效率；并且可與p型硅形成的異質結具有良好的整流特征，在光解水制氫中可有效地對載流子進行分離，提高效率。本專利技術還提供了一種反型異質結，包括p型硅與設置在p型硅上的n型CuO薄膜；所述p型硅的厚度優選為0.5～10mm，更優選為0.5～5mm，再優選為1～3mm，最優選為1mm；所述n型CuO薄膜的厚本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種n型CuO薄膜的制備方法，其特征在于，包括：S)將銅靶材在工作氣體與反應氣體的環境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到n型CuO薄膜；所述反應磁控濺射的濺射功率為40～60W。

【技術特征摘要】
1.一種n型CuO薄膜的制備方法，其特征在于，包括：S)將銅靶材在工作氣體與反應氣體的環境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到n型CuO薄膜；所述反應磁控濺射的濺射功率為40～60W。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述襯底的溫度為100℃～200℃。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述磁控濺射前先進行預濺射，所述預濺射的功率為40～60W；所述預濺射的時間為15～20min。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述磁控濺射的時間30～50min。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述銅靶材與襯底的距離為5～8cm。6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述工作氣體為氬氣；所述工作氣體的流量為25～30sccm；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊龍，謝致薇，鄭之永，楊元政，陳先朝，張雅麗，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44