專利名稱：一種硒化鉛半導(dǎo)體薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種硒化鉛半導(dǎo)體薄膜的制備方法，屬于半導(dǎo)體薄膜材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，該薄膜是一種對中紅外波段響應(yīng)的光電薄膜。
背景技術(shù)：
硒化鉛材料是一種重要的窄帶半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度窄(Eg = 0.278eV)、量子效率高、良好的光電效應(yīng)、噪聲低、對外界條件的影響反應(yīng)比較靈敏等優(yōu)點(diǎn)，在紅外探測器、紅外二維成像顯示器、光電阻器、光發(fā)射器等器件上有著廣泛的應(yīng)用。早在20世紀(jì)30年代，屬于同類IV-VI族半導(dǎo)體的PbS是由德國人用于紅外光導(dǎo)探測器，目前美國的導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)就采用鉛鹽類的紅外敏感元件，而法國的空空導(dǎo)彈P60采用硒化鉛紅外探測器件。由于IV-VI族光電導(dǎo)材料在室溫下有著較高的紅外響應(yīng)精度，又成本較低，如今還有廣泛的應(yīng)用。近年來，人們嘗試用多種方法制備1 薄膜，其制備方法有水熱法、液相外延法、 氣相外延法、分子束外延法、金屬有機(jī)化合物氣相沉積方法、電化學(xué)沉積法、激光脈沖法和原子層外延法等，但是以上所要求的方法制備條件嚴(yán)格，對設(shè)備的依賴性高，操作繁瑣，成本高，或是制備效果不令人滿意。同時(shí)，采用這些方法制備的硒化鉛薄膜材料都需要經(jīng)過后續(xù)的退火處理才能具備光電響應(yīng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種硒化鉛半導(dǎo)體薄膜的制備方法，其目的是解決傳統(tǒng)硒化鉛薄膜制備方法薄膜不具有光電導(dǎo)特性，需要后續(xù)敏化處理，且處理工藝復(fù)雜、穩(wěn)定性差的問題。本發(fā)明技術(shù)方案提出采用反應(yīng)磁控濺射方法制備硒化鉛薄膜，并在制備過程中通入氧氣，可以實(shí)現(xiàn)將硒化鉛薄膜制備和敏化與一體。該方法易行，可以制備大尺寸的薄膜材料，適合批量化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來來實(shí)現(xiàn)的該種硒化鉛半導(dǎo)體薄膜的制備方法的步驟是(1)制備前對襯底進(jìn)行去油、去污清洗；(2)制備時(shí)先在氬氣氣氛中用50 100W功率離子源轟擊襯底表面10 20min， 除去表面的氧化物和其它雜質(zhì)；(3)采用硒鉛原子比為1 1純度為99. 99/%的硒化鉛復(fù)合靶材，采用非平衡中頻反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)，功率為50 150W，非平衡中頻反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度為 KT5Pa KT3Pa ；濺射過程中工作氣體為高純氬氣，流量為10 30cm7min，反應(yīng)氣體為高純氧氣， 氧氣流量在0. 5 2. 5sccm范圍內(nèi)，氧氣流量在0. 5 2. 5sccm范圍內(nèi)，濺射過程中的工作氣壓為10’a KT1Pa,靶材與襯底間的距離為45 80mm，襯底的加熱溫度為50 200°C， 濺射30 180min后切斷電源，保持真空冷卻。
制備前對襯底進(jìn)行去油、去污清洗的優(yōu)選方法是將襯底在無水乙醇和丙酮中超聲清洗10 20min，再經(jīng)去離子水清洗后烘干待用。薄膜的晶體結(jié)構(gòu)采用D/Max-RB轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀分析，薄膜的表面形貌由CS3100 OXFORD掃描電鏡觀察。光電性能由普通日光照明室內(nèi)情況下，暗電阻和亮電阻變化率表征。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)在于，薄膜由硒化鉛材料構(gòu)成，并在沉積的過程中和氧發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了部分的氧化產(chǎn)物，這使得薄膜中摻雜了氧元素，形成了薄膜中 p-n結(jié)勢壘，使薄膜具備了光電導(dǎo)特性。


圖1為實(shí)施例1硒化鉛薄膜的XRD衍射圖譜圖2為實(shí)施例2硒化鉛薄膜的XRD衍射圖譜圖3為實(shí)施例1硒化鉛薄膜的掃描電鏡照片圖4為實(shí)施例2硒化鉛薄膜的掃描電鏡照片圖5為實(shí)施例1、2、3中薄膜電阻變化率
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將玻璃襯底在無水乙醇和丙酮中超聲清洗lOmin，再經(jīng)去離子水清洗，烘干后放入真空室，玻璃襯底距靶材60mm，靶材為硒鉛原子比為1 1，純度為99. 99%的復(fù)合靶材，抽真空到3. 9X 10_5Pa。濺射過程中工作氣體為高純氬氣，流量為20cm7min，反應(yīng)氣體為高純氧氣，氣體流量2cm7min，制備過程中的工作氣壓為Ι.δΧΚΓ1!^。襯底加熱到100°C。在氬氣氣氛中用50W功率離子源轟擊襯底表面lOmin，除去表面的氧化物和其它雜質(zhì)。接通中頻電源，功率為100W，同時(shí)通入氧氣，濺射60min后切斷電源，保持真空冷卻，冷卻到室溫后將薄膜取出進(jìn)行觀測。從圖1可以看出制備出的薄膜為1 ，從圖3可以看出所制備出來的薄膜表面平整光滑致密，沒有明顯的缺陷。圖5給出的電阻變化率為18%左右，具有了很好的光電導(dǎo)性能。實(shí)施例2 將玻璃襯底在無水乙醇和丙酮中超聲清洗lOmin，再經(jīng)去離子水清洗，烘干后放入真空室，玻璃襯底距靶材60mm，靶材為硒鉛原子比為1 1，純度為99. 99%的復(fù)合靶材，抽真空到3. 6X 10_5Pa。濺射過程中工作氣體為高純氬氣，流量為20cm7min，反應(yīng)氣體為高純氧氣，氣體流量1. 5cm7min，制備過程中的工作氣壓為1. δΧΚΓ1!^。襯底加熱到150°C。在氬氣氣氛中用50W功率離子源轟擊襯底表面lOmin，除去表面的氧化物和其它雜質(zhì)。接通中頻電源，功率為150W，同時(shí)通入氧氣，濺射90min后切斷電源，保持真空冷卻，冷卻到室溫后將薄膜取出進(jìn)行觀測。從圖2可以看出制備出的薄膜為1 ，從圖4可以看出所制備出來的薄膜表面平整光滑致密，沒有明顯的缺陷。圖5給出的電阻變化率為20%左右，具有了很好的光電導(dǎo)性能。實(shí)施例3
將玻璃襯底在無水乙醇和丙酮中超聲清洗lOmin，再經(jīng)去離子水清洗，烘干后放入真空室，玻璃襯底距靶材60mm，靶材為硒鉛原子比為1 1，純度為99. 99%的復(fù)合靶材，抽真空到3. 9X 10_5Pa。濺射過程中工作氣體為高純氬氣，流量為20cm7min，本實(shí)施例沒有通入反應(yīng)氣體，用以光電性能對比試驗(yàn)。制備過程中的工作氣壓為1.5X10_Ta。襯底加熱到 IOO0C。在氬氣氣氛中用50W功率離子源轟擊襯底表面lOmin，除去表面的氧化物和其它雜質(zhì)。接通中頻電源，功率為100W。濺射60min后切斷電源，保持真空冷卻，冷卻到室溫后將薄膜取出進(jìn)行觀測。由于本實(shí)施例沒有通入氧氣，薄膜在沉積過程中沒有加入氧的摻雜，反應(yīng)為圖5 中電阻變化率近似為零。由以上實(shí)施例可以看到，采用單靶非平衡反應(yīng)磁控濺射方法制備的硒化鉛薄膜成膜質(zhì)量高，具有很好的光電響應(yīng)特性，并且制備工藝簡單，并且成本低，適合批量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種硒化鉛半導(dǎo)體薄膜的制備方法，其特征在于該方法的步驟是(1)制備前對襯底進(jìn)行去油、去污清洗；(2)制備時(shí)先在氬氣氣氛中用50 100W功率離子源轟擊襯底表面10 20min，除去表面的氧化物和其它雜質(zhì)；(3)采用硒鉛原子比為1 1純度為99.99/%的硒化鉛復(fù)合靶材，采用非平衡中頻反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)，功率為50 150W，非平衡中頻反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度為 KT5Pa KT3Pa ；濺射過程中工作氣體為高純氬氣，流量為10 30cm7min，反應(yīng)氣體為高純氧氣，氧氣流量在0. 5 2. 5sccm范圍內(nèi)，濺射過程中的工作氣壓為10’a KT1Pa,靶材與襯底間的距離為45 80mm，襯底的加熱溫度為50 200°C，濺射30 180min后切斷電源，保持真空冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硒化鉛半導(dǎo)體薄膜的制備方法，其特征在于制備前對襯底進(jìn)行去油、去污清洗的方法是將襯底在無水乙醇和丙酮中超聲清洗10 20min，再經(jīng)去離子水清洗后烘干待用。
全文摘要
本發(fā)明是一種硒化鉛半導(dǎo)體薄膜的制備方法，該方法主要解決傳統(tǒng)化學(xué)制備法薄膜組織不致密、與基體結(jié)合強(qiáng)度差等問題，以及解決傳統(tǒng)化學(xué)制備薄膜不具有光電性能，需要后續(xù)敏化工藝步驟的問題。該方法采用非平衡射頻磁控濺射系統(tǒng)和硒化鉛復(fù)合靶材來制備涂層，制備過程中通入氧氣，通過調(diào)整氧氣流量和濺射功率實(shí)現(xiàn)對薄膜性能的控制。本發(fā)明制備的涂層致密，膜層與基體間結(jié)合性能好，同時(shí)具有良好的光電響應(yīng)性能。該方法易行，所有原料簡單易得，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C23C14/35GK102517552SQ20111041544
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者劉大博, 羅飛 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院