[發(fā)明專利]一種具有優(yōu)異光敏性能In2S3薄膜的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107267942A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 余洲;郭濤;閆勇;趙勇
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發(fā)明屬于功能薄膜材料的制備技術領域，具體涉及一種具有優(yōu)異光敏性能In₂S₃薄膜的制備方法。

背景技術

半導體光探測器是一種用來接收和探測光輻射的半導體光電器件，其在軍事和國民經(jīng)濟的各個領域均有廣泛應用。在紫外光探測領域，可以用來監(jiān)控臭氧層的厚度、污染物的排放量、探測并報警森林和油田的火災等；可見光探測領域，可用來進行光度計量和制作工業(yè)自動控制元件，如路燈控制、照相曝光控制和電影拾音等；紅外光探測領域，可用作導彈制導、紅外熱成像和紅外遙感等。光電探測器的核心部件為半導體材料，為適應對其性能越來越高的需求，對這些半導體材料也提出了更高的要求：即高光響應性、快響應速率和良好波長選擇性。目前研究比較廣泛光敏材料有ZnO、CdS等，其中ZnO納米線結(jié)構(gòu)的光導型探測器具有較大的光暗電流比，但是制備工藝復雜，納米結(jié)構(gòu)的電極焊接技術困難，并且光響應時間過長難以實際應用；CdS在光敏電阻器件領域研究比較充分且以用于實際生產(chǎn)，但是Cd元素毒性較大，嚴重限制了其大規(guī)模生產(chǎn)及使用。

In₂S₃屬于Ⅲ-Ⅵ族化合物半導體材料，化學性質(zhì)穩(wěn)定且組成元素無毒，在稀磁半導體、光催化及薄膜太陽能電池等領域得到廣泛的應用，同時它也具有優(yōu)異的光電導性能，因此可用于光探測器領域，但是對于其在該領域應用的研究十分有限。對于光探測器半導體材料，高的光暗電流比和快響應速度對于探測器的性能至關重要，Hilal Cansizoglu等在導電玻璃上制備In₂S₃納米棒再覆蓋Ag金屬薄膜形成納米結(jié)構(gòu)光電導器件，該器件響應時間為0.5s，但是亮態(tài)和暗態(tài)電流比較小不超過3倍，且制備過程復雜。Nilima Chaudhari等采用水熱法制備出混有In(oH)₃且具有正八面體結(jié)構(gòu)的β-In₂S₃薄膜光暗電流比超過10⁴，且響應速度快小于1s，但是該方法水熱反應時間為10小時，生產(chǎn)效率很慢，且薄膜的重復性及附著性存在一定問題，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此發(fā)展快速制備具有高光暗電流比和快響應速率的In₂S₃薄膜具有一定的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種具有優(yōu)異光敏性能In₂S₃薄膜的制備方法，該制備方法操作簡單、大面積均勻性好、沉積速度快、薄膜的附著性好且制備成本低。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：一種具有優(yōu)異光敏性能In₂S₃薄膜的制備方法，包括以下步驟：

S1：基片預處理：將基片清洗干凈后吹干，并置于磁控濺射腔室內(nèi)，備用；

S2：預濺射：在磁控濺射儀靶槍上安裝In₂S₃靶材，銦硫原子比為2：3，對磁控濺射腔室抽真空后再通入氬氣，襯底溫度為室溫，擋板遮住襯底，設置濺射氣壓為2～3Pa，開啟電源起輝，待輝光穩(wěn)定后，開始預濺射以除去In2S3靶材表面的污染物；

S3：濺射沉積In₂S₃薄膜：經(jīng)步驟S2處理后，移開擋板，保持濺射條件在基片進行濺射沉積，濺射時間為60～300s，獲得In₂S₃薄膜。

值得說明的是，步驟S2預濺射的目的是除去In₂S₃靶材表面的污染物。優(yōu)選預濺射條件為：濺射功率為4～5W/㎝²，濺射氣壓為0.8～1.2Pa，預濺射時間為120～300s。采用與步驟S3實際濺射功率和濺射氣壓一致僅僅為了操作方便，預濺射完成直接移開擋板便開始沉積。只要濺射功率在一定范圍內(nèi)，不要太高破壞靶材或者太低除污效果差以外，可以有一定的波動對實驗結(jié)果不會有太大影響。因此，預濺射條件可以采用本領域中常規(guī)的濺射條件，本發(fā)明對此并沒有特殊的要求。

上述技術方案中，所述步驟S1中，清洗采用的具體方法為：將基片依次放入重鉻酸鉀溶液、丙酮、去離子水、酒精中，分別超聲清洗10-20min。需要說明的是，清洗的目的是為了去除基片表面的雜質(zhì)及有機物，因此并不限于前述具體清洗溶液和清洗參數(shù)，同時也可以采用本領域中其它常規(guī)的基片清洗方法對基片進行清洗。