[發明專利]非晶態碲化鎘薄膜的磁控濺射生長法

有效

• 申請號: 201010129122.2
• 申請日: 2010-03-22
• 公開（公告）號: CN102199752A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 孔令德;莊繼勝;孔金丞;趙俊;李雄軍;李竑志;王光華;楊麗麗;姬榮斌
• 申請（專利權）人: 昆明物理研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明涉及非晶態碲化鎘(CdTe)薄膜的室溫磁控濺射方法。

背景技術

碲化鎘(CdTe)是重要的II-VI族化合物半導體材料。經過適當的組分配比調節，CdTe可具有n型和p型兩種導電類型，n型CdTe和p型CdTe載流子的遷移率都較好，其光吸收系數(對波長小于吸收邊的光)極大，厚度為1μm的CdTe薄膜，能吸收大于CdTe禁帶能量99％的輻射能量，因此，CdTe薄膜已成為制備高效率、低成本太陽電池的理想吸收層材料，也適用于制備透射波段為1～30μm的紅外光學元件。

隨著第二代碲鎘汞(HgCdTe)紅外焦平面(FPA)熱成像系統的發展，CdTe薄膜被認為是一種理想的HgCdTe薄膜表面鈍化材料。由于HgCdTe器件工藝兼容性的要求，為防止HgCdTe薄膜層中Hg的擴散和損失，CdTe薄膜的生長必須在低于70℃的條件下進行，這給CdTe薄膜的制備帶來了較大的困難。目前，CdTe薄膜主要采用電沉積方法、近距離升華法、近距離蒸氣輸運法、真空熱蒸發法等方法來制備，所制備的薄膜其致密性不好，特別在室溫沉積條件下，CdTe薄膜與襯底表面的粘附性有待提高。與多晶、單晶CdTe薄膜材料相比，非晶態CdTe薄膜具有易于大面積沉積、結構均勻性好，沉積溫度低，工藝兼容性好的優點，目前，未見在室溫(約25℃±10℃)工藝條件下采用磁控濺射方法制備非晶態CdTe薄膜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種成本低，工藝可控性強，且易于工業化規模生產的非晶態CdTe薄膜材料的制備方法，以獲得粘附性好，膜質均勻致密的非晶態CdTe薄膜材料，滿足光電信息器件薄膜材料的應用需求。

本發明所要解決的技術問題是：在濺射生長室處于室溫(25℃±10℃)的條件下，通過三種磁控濺射技術方案，分別實現非晶態CdTe膜層的制備。

本發明方法通過以下技術方案實現。

生長的基本條件為：在具有六工位磁控濺射靶位的超高真空磁控濺射生長室，本底真空度優于3.0×10^-4Pa，溫度為25℃±10℃；用純度為7N的高純圓塊狀CdTe單晶靶為靶材；用純度為5N的高純Ar氣為濺射工作氣體；用載玻片為襯底材料，襯底材料先用甲苯超聲清洗20分鐘，再用丙酮超聲清洗5～8分鐘，除去表層有機物，然后用無水乙醇超聲清洗5～8分鐘，除去無機物雜質離子，取出后用5N級N₂氣吹干，放入濺射生長室。

作為實現非晶態CdTe薄膜材料生長的單靶常規濺射技術方案，其步驟是：

(1)向磁控濺射生長室充入Ar氣至真空度為1.0Pa～10Pa；

(2)開啟濺射源，起輝穩定后，調節濺射功率8W～15W(相當于功率密度0.28W/cm²～0.53W/cm²)；

(3)將作為襯底的處于非濺射靶位正上方的載玻片移至濺射靶位正上方，濺射沉積CdTe膜層，沉積時間為0.2～2小時；

(4)濺射沉積結束時，先轉動襯底轉盤，移開襯底至非濺射靶位，再關閉濺射電源，得到非晶態CdTe薄膜。

作為實現非晶態CdTe薄膜材料生長的三靶間歇式濺射技術方案，其步驟是：

(1)向磁控濺射生長室充入Ar氣至真空度為1.0Pa～10Pa；

(2)選擇一個CdTe薄膜已發生明顯晶化的濺射功率條件，即在15W～30W(相當于功率密度0.530W/cm²～1.061W/cm²)濺射功率范圍內，選擇一個濺射功率；

(3)將作為襯底的處于非濺射靶位正上方的載玻片移至濺射靶位正上方，濺射沉積非晶態CdTe膜層，沉積時間為5～20秒，然后轉動襯底轉盤，移開襯底，使襯底處于非濺射靶位30～60秒(即間歇30～60秒)，完成一個周期的濺射沉積，如此重復30～120個濺射沉積周期；

(4)濺射沉積結束時，先轉動襯底轉盤，移開襯底至非濺射靶位，再關閉濺射電源，得到非晶態CdTe薄膜。

作為實現非晶態CdTe薄膜材料生長的二靶連續間歇式濺射技術方案，其步驟是：

(1)向磁控濺射生長室充入Ar氣至真空度為1.0Pa～10Pa；

(2)選擇濺射功率為15W～30W(相當于功率密度0.530W/cm²～1.061W/cm²)；

(3)選擇襯底轉盤的公轉速度為每分鐘1～5周，當襯底進入濺射靶位正上方時，襯底上沉積非晶態CdTe膜層，而當襯底轉出濺射靶位正上方時，襯底上無非晶態CdTe薄膜沉積，沉積時間為1～3小時；