專利名稱：一種制備禁帶寬度可調的硒化物薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種硒化物薄膜的制備方法。
背景技術：
禁帶寬度(Eg)是材料一個極其重要的物理量，很大程度上決定了材料的特性，如材料的本征吸收長波限、光電導截止波長、發光器件的光譜特性等。禁帶寬度指材料價帶頂部和導帶底部之間的能量差。當入射光的光子能量超過禁帶寬度時，光子被材料吸收激發電子從價帶躍遷進入導帶，材料的導電性能提高，光被大量吸收。因此，調節材料的禁帶寬度能顯著改變材料的光學、電學特性，進而調節相應器件的發光、光吸收及電子輸運特性， 使材料應用于透明光電器件、發光二極管、紅外探測器等很多方面。調節透明光電材料的禁帶寬度可改變透射光的最短波長。以Ga2(H)In2xO3為例，改變Gii2O3或In2O3的含量比例，材料的禁帶寬度可由3. 7eV變化到4. 9eV,相應可透過的最短紫外光波長由380nm擴展到^6nm，擴大了器件在紫外光波段的使用范圍。純(^a2O3 ( = 4. 9eV)和純M2O3^g = 3. 7eV)的帶隙寬度值隨制備條件略有不同，無法通過制備過程調節。調節發光二極管(LED)使用發光材料的禁帶寬度可改變發射光顏色，增加發光材料的禁帶寬度，對應器件發射光波長變短。對結晶的^10( = 3. 4eV)摻入MgO^g = 7. 8eV) 形成aixMgl_x0固溶體，能夠增加ZnO材料的禁帶寬度，使ZnO基發光器件的發光波長變短， 擴寬材料在紫外光波段的應用范圍。用BeO^g= 10. 8eV)和MgO共摻能進一步使ZnO基材料的的禁帶寬度在3. 3 10. SeV連續可調，進一步擴大ZnO基器件的應用范圍。總之，對晶態物質禁帶寬度的調節主要采用摻雜的方法，禁帶寬度的調節量通過改變雜質摻入量來控制。該法的優點在于摻雜獲得的新材料性能穩定，質量可靠。缺點在于母體材料需要較高的結晶質量，摻雜元素和母體元素結合易生成雜相，降低材料的性能。 使用的材料為薄膜形態時，需要合適的襯底，否則薄膜性能會大幅度衰退。以應用于紅外探測器的In^xSbh晶體薄膜為例，因至今未找到與其晶格匹配的襯底，襯底與InA^iSbh晶格失配嚴重，導致InAsSbh紅外探測器的器件成品率低，使用壽命短。非晶態物質在結構和性能上與晶態物質有巨大差別。相比于晶態物質原子排列的長程有序，非晶態物質的原子排列僅在幾個晶格常數范圍內短程有序。非晶態物質內部含有大量未被飽和的懸掛鍵，其電學性質，光學性質及材料性能參數靈敏地依賴于制備條件， 性能和工藝重復性需精確控制。氫化非晶硅(a-Si:H)是非晶態薄膜得到廣泛應用的材料。因未摻雜α-Si中存在大量懸掛鍵缺陷，無法實際應用。需在非晶硅薄膜制備過程中引入H(a-Si:H)后，方能用作光電薄膜器件。α-Si:H薄膜電導率和導電類型的調節通過摻雜P和B獲得，同時引入N，C，Ge等元素，可改變α _Si :Η薄膜的禁帶寬度，調節材料的折射率或透過波長。但這種通過摻雜改變非晶態薄膜禁帶寬度的方法，需要精確控制摻雜物質的量，對設備要求高，工藝復雜。并且摻雜物往往是有毒物質，既污染環境也危害操作人員的健康。
利用非晶態二元化合物薄膜實現禁帶寬度的有效調節是一個嶄新的應用方向，具有極高的應用前景，急待開發。

發明內容
本發明的目的在于提供一種制備禁帶寬度可調的硒化物薄膜的方法，該方法能通過調節制備過程中的工藝參數實現硒化物薄膜的禁帶寬度的調節，而無需進行摻入任何雜質元素，其制備工藝簡單，對設備要求低，環保節能。本發明實現其發明目的所采用的技術方案是一種制備禁帶寬度可調的硒化物薄膜的方法，所述的硒化物薄膜為非晶態，組成通式為hxsei_x，0. 3 ^ X ^ 0. 6，其作法是對結晶態的^2Se53靶進行射頻磁控濺射，沉積的薄膜即為所述的硒化物薄膜；調節濺射過程中的工藝參數即可調節制備物的禁帶寬度。本發明通過調節工藝參數實現對薄膜禁帶寬度調節的可能機理是改變了制得物薄膜的In、Se元素比例及其原子排布方式。實驗證明，本發明通過調節濺射工藝參數可實現制備的硒化物薄膜禁帶寬度的可控變化，禁帶寬度的變化范圍為1.25 1.90eV。調節工作氣壓由0. 1 到8 時禁帶寬度的調控范圍為1. 30 1. 90eV，調節濺射功率密度由2W/cm2到5W/cm2時禁帶寬度的調控范圍為1. 50 1. 90eV，調節襯底溫度從室溫到400°C時調控禁帶寬度范圍為1. 25 1. 60eV, 調節沉積時間5min到45min時調控禁帶寬度的范圍為1. 55 1. 70eV。與現有技術相比，本發明的有益結果是一、本發明僅需控制濺射過程中的工藝參數便可實現制備物薄膜的禁帶寬度可控調節，制備薄膜的工藝重復性高，大面積均勻性好；無需摻入任何雜質，簡化了禁帶寬度調節的工藝步驟，對設備要求低，環保節能。二、本發明用同一臺設備，單一靶材即可方便的制備出不同禁帶寬度的硒化物薄膜，可應用于各種濾光片，光電導器件的透光層等光電器件，尤其適用于不同禁帶寬度材料組合應用的場合。上述的調節濺射過程中的工藝參數為濺射功率密度、工作氣壓、襯底溫度、濺射時間；其中，濺射功率密度2 5W/cm2，工作氣壓0. 1 8. OPa，襯底溫度25 400°C，濺射時間 5 45min。對上述四種參數任意一種參數在以上的范圍內進行調節，都可以單方向的實現禁帶寬度的可控調節。調節工作氣壓由0. IPa升至81 時，禁帶寬度由1. 30增至1. 90eV ；調節濺射功率密度由2W/cm2增至5W/cm2時，禁帶寬度由1. 50增至1. 90eV ；調節襯底溫度從室溫升到400°C時，禁帶寬度由1. 25增至1. 60eV ；調節沉積時間5min到45min時，禁帶寬度由1. 55增至1. 70eVo以下結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步的詳細描述。


圖1為不同工藝參數射頻磁控濺射單一 ^2Se53靶材沉積制得的硒化物薄膜的X射線衍射(XRD)圖譜。其中，各圖譜的工藝參數分別為圖譜a，濺射功率密度3W/cm2，工作氣壓0. IPa,沉積時間5min，襯底溫度為室溫；
圖譜b，濺射功率密度3W/cm2，工作氣壓4. OPa,沉積時間15min，襯底溫度為室溫；圖譜c，濺射功率密度5W/cm2，工作氣壓4. OPa,沉積時間5min，襯底溫度為室溫；圖譜d，濺射功率密度3W/cm2，工作氣壓1. OPa,沉積時間5min，襯底溫度為400°C ；a, b，c, d四條XRD圖譜分別對應于實施例1，5，10，12制得的硒化物薄膜；所有工藝條件獲得薄膜的結晶狀態均為非晶態，沒有明顯的結晶峰。圖2為實施例1，2，3制得的硒化物薄膜的光吸收曲線，其中曲線a、曲線b、曲線c 分別對應實施例1，2，3 (濺射工作氣壓分別為0. IPa, 2. OPa和8. OPa ；濺射時間均為5min， 襯底溫度均為室溫)。圖3為實施例1，2，3制得的硒化物薄膜的禁帶寬度曲線。其中曲線a、曲線b、曲線c分別對應實施例1，2，3。圖4為實施例4，5，6，7制得的非晶態硒化物薄膜的光吸收曲線，其中曲線a、曲線 b、曲線C、曲線d分別對應實施例4，5，6，7 (濺射時間分別為5min，15min，30min和45min ； 濺射功率密度均為3W/cm2，濺射工作氣壓均為4. OPa，襯底溫度均為室溫)。圖5實施例4，5，6，7制得的非晶態硒化物薄膜的禁帶寬度曲線，其中曲線a、曲線 b、曲線C、曲線d分別對應實施例4，5，6，7。圖6為實施例8，4，9制得的硒化物薄膜的光吸收曲線，其中曲線a、曲線b、曲線c 分別對應實施例8，4，9 (濺射功率密度分別為2W/cm2，，3ff/cm2和5W/cm2 ；濺射工作氣壓均為4. OPa，濺射時間均為5min)。圖7為實施例8，4，9制得的硒化物薄膜的對應的禁帶寬度曲線，其中曲線a、曲線 b、曲線c分別對應實施例8，4，9。圖8為實施例10，11，12制得的硒化物薄膜的光吸收曲線，其中曲線a、曲線b、曲線c分別對應實施例10，11，12(襯底溫度分別為室溫，300°C和400°C ；濺射工作氣壓均為 lPa，濺射時間均為5min，濺射功率密度均為3W/cm2，)。圖9為實施例10，11，12制得的硒化物薄膜的禁帶寬度曲線，其中曲線a、曲線b、 曲線c分別對應實施例8，4，9。
具體實施例方式實施例1-12 一種制備禁帶寬度可調的硒化物薄膜的方法，所述的硒化物薄膜為非晶態，組成通式為hxsei_x，0.6，其作法是對結晶態的M2Sh靶進行射頻磁控濺射，沉積的薄膜即為所述的硒化物薄膜；調節濺射過程中的工藝參數即可調節制備物的禁帶寬度。調節濺射過程中的工藝參數為濺射功率密度、工作氣壓、襯底溫度、濺射時間；其中，濺射功率密度2 5W/cm2，工作氣壓0. 1 8. OPa,襯底溫度25 400°C，濺射時間5 45min。各例具體工藝參數的取值及其制得物中χ的值和禁帶寬度見下表
權利要求
1.一種制備禁帶寬度可調的硒化物薄膜的方法，所述的硒化物薄膜為非晶態，組成通式為hjei_x，0.6，其作法是對結晶態的M2Sh靶進行射頻磁控濺射，沉積的薄膜即為所述的硒化物薄膜；調節濺射過程中的工藝參數即可調節制備物的禁帶寬度。
2.根據權利要求1所述的一種制備禁帶寬度可調的硒化物薄膜的方法，其特征在于 所述的調節濺射過程中的工藝參數為濺射功率密度、工作氣壓、襯底溫度、濺射時間；其中， 濺射功率密度2 5W/cm2，工作氣壓0. 1 8. OPa,襯底溫度25 400°C，濺射時間5 45min。
全文摘要
本發明公布了一種制備禁帶寬度可調的硒化物薄膜的方法，所述的硒化物薄膜為非晶態，組成通式為InxSe1-x，0.3≤x≤0.6，其作法是對結晶態的In2Se3靶進行射頻磁控濺射，沉積的薄膜即為所述的硒化物薄膜；調節濺射過程中的工藝參數即可調節制備物的禁帶寬度。該方法能通過調節制備過程中的工藝參數實現硒化物薄膜的禁帶寬度的調節，而無需進行摻入任何雜質元素，其制備工藝簡單，對設備要求低，環保節能。
文檔編號C23C14/06GK102400098SQ20111034368
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者余洲, 劉斌, 張勇, 晏傳鵬, 李珂, 趙勇 申請人:成都欣源光伏科技有限公司, 西南交通大學