[發(fā)明專利]一種控制先驅(qū)體晶粒度制備FeS2薄膜的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210006606.7
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102560374A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟亮;王峰;汪牡丹
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: C23C14/22
• 分類號: C23C14/22;C23C14/06;H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備FeS₂薄膜的方法，尤其是涉及一種通過控制先驅(qū)體晶粒度制備FeS₂薄膜的方法。

背景技術(shù)

目前煤炭、石油及天然氣等一次性能源已越來越不能滿足需要，儲量也在迅速減少。取之不盡、用之不竭的太陽能已成為新能源利用開發(fā)的重點，其中主要開發(fā)形式之一是力圖將太陽光能有效地轉(zhuǎn)化為電能來造福人類。FeS₂具有合適的禁帶寬度和高的光吸收系數(shù)，其組成元素儲量豐富、無毒，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵夭牧稀Ｌ柲茈姵厥菍⒐饽苤苯愚D(zhuǎn)化為電能的器件，其中的光電極材料是太陽能電池的核心，目前一些新的太陽能電池材料正在不斷地被研制開發(fā)。在這些材料中，立方晶系的FeS₂薄膜具有廣闊的發(fā)展應用前景已受到科技界的高度重視，已引起廣泛關(guān)注，目前存在的主要問題是急需在制備技術(shù)等方面迅速發(fā)展，以便能夠使其更快應用到新能源事業(yè)。

純Fe膜熱硫化法是合成FeS₂薄膜的重要方法之一。然而，薄膜的質(zhì)量和特性一般對制備方法相當敏感，因此尋求合適制備方法及優(yōu)化制備參數(shù)相當重要。關(guān)于FeS₂薄膜的制備技術(shù)也有較多公布。專利ZL02111221.5公布了一種單晶硅片襯底的磁控濺射鐵膜合成FeS₂的制備方法，但此種技術(shù)僅可用于FeS₂薄膜生長研究的實驗樣品，不適用于實際大量使用。Raturi等在其研究論文（Renewable?Energy,?2000,?vol.20,?pp.37-43）報導了在370℃平板玻璃上噴涂FeCl₃溶液氧化形成了Fe₂O₃，再在硫化氣氛中退火使預制膜轉(zhuǎn)變?yōu)镕eS₂膜。專利CN200310107202.8公布了在一種銅銦鎵硫化物半導體薄膜材料的制備中，先用真空磁控濺射、加熱蒸發(fā)或化學水浴電沉積法在鈉鈣玻璃Mo襯底上分步沉積化學式配比量的Cu、In、Ga金屬預制層，再進行硫化反應。Ferrer等在論文（Journal?of?Applied?Physics,?1991,?vol.70,?pp.2641-2647）中采用硫化合成玻璃基片上閃蒸鍍Fe膜制備了FeS₂薄膜。Heras等在研究（Thin?Solid?Films,?1991,?vol.199,?pp.259-267;?Journal?of?Applied?Physics,?1993,?vol.74,?pp.4551-4556）中用天然FeS₂粉末在Sn及In氧化物涂層玻璃上閃蒸鍍了三種不同厚度薄膜，并對蒸鍍后的FeS₂薄膜進行了后續(xù)硫化處理。張秀娟等在其研究（半導體學報，2004，vol.25,?pp.657-661）中用單晶硅基片上采用不同時間濺射了不同厚度Fe膜，通過硫化合成了晶粒尺寸在23～59nm范圍內(nèi)變化的FeS₂薄膜。Ares等（Thin?Solid?Films,?2005,?vol.480-481,?pp.477-481）在玻璃基片上蒸鍍了25～330nm厚度的Fe膜，在525～775K溫度范圍內(nèi)硫化合成了FeS₂薄膜，晶粒尺寸可在10～90nm范圍內(nèi)變化。在已公開的關(guān)于FeS₂薄膜的制備技術(shù)中，某些制備技術(shù)僅針對的是FeS₂薄膜反應過程的誘發(fā)、質(zhì)量的改善、結(jié)晶過程的控制以及在半導體器件制造過程中的具體應用，并未涉及更簡便實用的FeS₂薄膜制備技術(shù)。大部分技術(shù)必須要同時改變硫化參數(shù)和薄膜性能，這樣會導致硫化參數(shù)對薄膜物理性能的影響混雜其中，使得控制薄膜質(zhì)量很困難，不利于推廣使用。有的技術(shù)在形成FeS₂薄膜過程中雖然不涉及硫化參數(shù)的變化，但采用了不透明的基片（如單晶硅）控制結(jié)晶過程，使得用于光電轉(zhuǎn)換場合的FeS₂薄膜無法接收基片透射光而缺乏實用性，并且基片成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通過控制先驅(qū)體晶粒度制備FeS₂薄膜的方法，采用優(yōu)化的先驅(qū)體預處理技術(shù)在先驅(qū)體鐵膜中形成不同晶粒度組織，再通過硫化處理結(jié)晶出FeS₂薄膜，可對晶體組織進行雙階段調(diào)整控制，該方法設(shè)備簡單，工藝參數(shù)容易控制，膜體與基片結(jié)合牢固并可直接采用透明基底。

為達到上述目的，本發(fā)明采用制備FeS₂薄膜的技術(shù)方案的步驟如下：