[發(fā)明專利]一種成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107248534B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋海勝;鄧輝;袁勝杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0272
• 分類號: H01L31/0272;H01L31/0296;H01L31/0216
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

1.一種成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜，其特征在于，所述半導(dǎo)體合金薄膜的成分為三元硫硒化合物；

記位于所述半導(dǎo)體合金薄膜表面上、且沿半導(dǎo)體合金薄膜表面的硒元素含量保持不變的方向為Y軸方向，記該半導(dǎo)體合金薄膜的厚度方向為Z軸方向，并且記位于該半導(dǎo)體合金薄膜表面上、且與所述Y軸、所述Z軸分別垂直的方向為X軸方向；

所述半導(dǎo)體合金薄膜中硒元素的原子個數(shù)占合金薄膜中硒和硫的原子總數(shù)之比在X軸方向上連續(xù)漸變，在Y軸和Z軸方向上保持不變。

2.如權(quán)利要求1所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜，其特征在于，所述的硫硒化合物為Sb₂(Se_xS_1-x)₃或Bi₂(Se_xS_1-x)₃，其中0<x<1。

3.如權(quán)利要求2所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜，其特征在于，所述的硫硒化合物Sb₂(Se_xS_1-x)₃中硒元素的摩爾百分比x在X軸方向連續(xù)漸變的范圍為0.09-0.84；所述薄膜在X軸方向的長度為5.5-6.5cm，在Y軸方向的寬度為2-5cm，在Z軸方向的厚度為280nm-550nm。

4.如權(quán)利要求1-3任一所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜應(yīng)用，其特征在于，所述薄膜作為吸收層應(yīng)用于太陽能電池或光電探測器。

5.如權(quán)利要求1所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)選用玻璃、導(dǎo)電玻璃或半導(dǎo)體氧化物薄膜作為襯底，洗凈后在400-500℃條件下加熱；

(2)將硫化物粉末均勻撒在一塊玻璃片上，將硒化物粉末均勻撒在另一塊玻璃片上，使單位面積上的粉末的物質(zhì)的量不僅在各自玻璃片上相等，而且在兩塊玻璃片上也相等，且均為0.1-0.12mmol/cm²；即得到兩個平面蒸發(fā)源；

(3)將步驟(2)中得到的兩個平面蒸發(fā)源拼接放在氮化鋁薄片上，并置于快速熱蒸發(fā)設(shè)備托盤支架底部，將步驟(1)所述的襯底倒扣在托盤支架上，襯底背部上面加一塊導(dǎo)熱蓋板，抽真空，然后進行薄膜沉積；所述薄膜沉積過程包括預(yù)熱階段和蒸發(fā)階段，所述預(yù)熱階段的蒸發(fā)源的溫度為200-350℃，該預(yù)熱階段的處理時間為600-900s；所述蒸發(fā)階段的蒸發(fā)源的溫度為500-600℃，該蒸發(fā)階段的處理時間為20-40s；所述蒸發(fā)階段是在真空度為3-8mTorr的條件下進行的，所述蒸發(fā)階段結(jié)束即得到成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜。

6.如權(quán)利要求5所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)所述的硫化物是硫化銻或者硫化鉍，硒化物是硒化銻或者硒化鉍；支撐硫化物的長方形玻璃片的長度為2-3cm，支撐硒化物的長方形玻璃片的長度為3-4cm，兩個玻璃片寬度相同，均為2-3cm。

7.如權(quán)利要求5所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中襯底與蒸發(fā)源的距離為0.8-1.2cm，蒸發(fā)源的溫度由熱電偶時實時監(jiān)測；所述步驟(3)中導(dǎo)熱蓋板不透明，其熔點高于600℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜的制備方法，其特征在于：所述的導(dǎo)熱蓋板為石墨塊、金屬塊或陶瓷塊。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的半導(dǎo)體氧化物薄膜為TiO₂、ZnO、SnO或NiO，襯底用乙醇超聲洗凈，并用紫外臭氧處理20-30分鐘，蒸發(fā)前，襯底在空氣中加熱10-30分鐘；所述步驟(2)中采用網(wǎng)篩將硫化物和硒化物撒在襯底上，重復(fù)篩粉2-3次，所述網(wǎng)篩孔徑為40-60目。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成分連續(xù)漸變的半導(dǎo)體合金薄膜的制備方法，其特征在于：步驟(3)所述的預(yù)熱階段和蒸發(fā)階段在真空中進行，真空度保持在3-12mTorr，取樣時溫度低于100℃。