СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО p-n ПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА
METHOD OF MAKING HETEROGENEOUS p-n JUNCTION BASED ON ZINC OXIDE NANORODS

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.
Известен способ получения гетерогенного р-n перехода, включающий последовательное осаждение на полупроводниковую подложку эпитаксиальных пленок оксида цинка и оксида никеля (Hiromichi Ohta, Masao Kamiya, Toshio Kamiya, Masahiro Hirano, HideoHosono, UV-detector based on pn-heterojunction diode composed of transparent oxide semiconductors, p-NiO/n-ZnO, Thin Solid Films, 445 (2003) 317-321).
Однако р-n переход, получаемый на основе такой структуры, не удовлетворяет требованиям современной техники.
Известен способ получения гетерогенного p-n перехода, в котором на полупроводниковой пленке, расположенной на изолирующей подложке из оксида алюминия выращивают наностержни оксида цинка 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 р-типа проводимости были взяты полупроводник III-V групп, II-VI и IV/группы. (Yi Gyu-Chul, Park Won-Il, p-n heterojunction stmcture 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 р-типа проводимости, что ухудшает свойства p-n перехода.
Известен принятый за прототип способ получения гетерогенного p-n перехода на основе наностержней оксида цинка и полупроводниковой пленки, включающий выращивание методом газофазного осаждения вертикально ориентированных и смыкающихся у основания наностержней оксида цинка на проводящей подложке из легированного кремния, с последующим осаждением на них оксида никеля до образования сплошного слоя на кончиках наностержней (RU. Пат №2323872, МПК В82В 1/00, опубл. 10.05.2008).
Однако при осаждении оксида никеля на наностержни оксида цинка велика вероятность закорачивания образующегося p-n перехода из-за попадания оксида никеля на основания наностержней, что значительно снижает качество p-n перехода.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является увеличение качества p-n перехода.
Поставленная задача решается способом получения гетерогенного p-n перехода на основе наностержней оксида цинка, включающем выращивание методом газофазного осаждения вертикально ориентированных и смыкающихся у основания наностержней оксида цинка на проводящей подложке из легированного кремния, с последующим осаждением на них оксида никеля до образования сплошного слоя на кончиках наностержней, новизна которого заключается в том, что осаждение оксида никеля на наностержни оксида цинка проводят под углом к продольной оси наностержней оксида цинка, предотвращающим осаждение оксида никеля в основание наностержней.
Наиболее технологично проводить осаждение оксида никеля электоронно-лучевым или магнетронным методом.
Оптимально в качестве легированного кремния брать кремний с удельным сопротивлением 0,1-0,001 Ом·см.
Наилучшие результаты получают при соблюдении отношения длины к диаметру наностержней оксида цинка, равному 10-100.
Наиболее качественные переходы получают при осаждении оксида никеля на наностержни оксида цинка под углом к продольной оси наностержней, составляющем 10-70°.
Технический результат, получаемый при осуществлении способа, состоит в получении совершенного р-n перехода на основе совместимых друг с другом компонентов, в котором отсутствует его закорачивание.
Приведенные ниже примеры иллюстрируют, но не ограничивают применение данного изобретения.
Пример 1
На проводящей подложке из сильно легированного кремния с удельным сопротивлением 0,1 Ом·см методом газофазного осаждения выращивались вертикально ориентированные и смыкающиеся у основания наностержни оксида цинка диаметром 100 нм с отношением их длины к диаметру - 40-60. При этом контакт к наностержням осуществлялся через подложку. После чего под углом к продольной оси наностержней оксида цинка, предотвращающим осаждение оксида никеля в основание наностержней, примерно 25° электоронно-лучевым методом проводили осаждение оксида никеля до образования сплошного слоя на кончиках наностержней.
Полученный p-n переход характеризовался высоким пробойным напряжением, закорачивания не наблюдалось.
Пример 2
На проводящей подложке из сильно легированного кремния с удельным сопротивлением 0,001 Ом·см методом газофазного осаждения выращивались вертикально ориентированные и смыкающиеся у основания наностержни оксида цинка диаметром 300 нм с отношением их длины к диаметру - 20-30. При этом контакт к наностержням осуществлялся через подложку. После чего под углом к продольной оси наностержней оксида цинка, предотвращающим осаждение оксида никеля в основание наностержней, примерно 30° электоронно-лучевым методом проводили осаждение оксида никеля до образования сплошного слоя на кончиках наностержней.
Полученный p-n переход характеризовался высоким пробойным напряжением, закорачивания не наблюдалось.
Пример 3
На проводящей подложке из сильно легированного кремния с удельным сопротивлением 0,01 Ом·см методом газофазного осаждения выращивались вертикально ориентированные и смыкающиеся у основания наностержни оксида цинка диаметром 60 нм с отношением их длины к диаметру - 80-100. При этом контакт к наностержням осуществлялся через подложку. После чего под углом к продольной оси наностержней оксида цинка, предотвращающим осаждение оксида никеля в основание наностержней, примерно 35° магнетронным методом проводили осаждение оксида никеля до образования сплошного слоя на кончиках наностержней.
Полученный p-n переход характеризовался высоким пробойным напряжением, закорачивания не наблюдалось.
Пример 4
На проводящей подложке из сильно легированного кремния с удельным сопротивлением 0,005 Ом·см методом газофазного осаждения выращивались вертикально ориентированные и смыкающиеся у основания наностержни оксида цинка диаметром 400 нм с отношением их длины к диаметру - 10-20. При этом контакт к наностержням осуществлялся через подложку. После чего под углом к продольной оси наностержней оксида цинка, предотвращающим осаждение оксида никеля в основание наностержней, примерно 25-45° магнетронным методом проводили осаждение оксида никеля до образования сплошного слоя на кончиках наностержней.
Полученный p-n переход характеризовался высоким пробойным напряжением, закорачивания не наблюдалось.
Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет практически со 100% выходом получать совершенные p-n переходы на основе совместимых компонентов, что в свою очередь позволяет использовать их для разработки новых более совершенных наноприборов.