[發(fā)明專利]一種相變可控的全無機(jī)鈣鈦礦薄膜制備方法及器件應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811532568.2
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109355638B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐偉龍;蔡小紅;陳海悅;鄭敏;肖進(jìn);趙宇;卞維柏
• 申請（專利權(quán)）人: 常州工學(xué)院
• 主分類號: C23C16/30
• 分類號: C23C16/30;C23C16/52;H01L31/032;H01L31/09;H01L31/18
• 代理公司: 常州西創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32472
• 代理人: 武政

本發(fā)明屬于光電功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相變可控的全無機(jī)鈣鈦礦薄膜制備方法及器件應(yīng)用。所述方法包括：(1)將先驅(qū)物溴化鉛和溴化銫分別置于氣相沉積裝置內(nèi)，將襯底置于沉積區(qū)，并對整個裝置抽真空；(2)向氣相沉積裝置內(nèi)通入惰性氣體；(3)設(shè)定沉積溫度和沉積時間，沉積溫度選自500?800℃，不同沉積溫度下，鈣鈦礦薄膜的成分和晶型不同。本發(fā)明采用化學(xué)氣相沉積方法，工藝條件簡單，易于精確控制，適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，同時薄膜均勻性好，與襯底材料附著性，覆蓋性好，制備的光電薄膜，具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明通過改變沉積溫度，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦相從CsPb₂Br₅到CsPbBr₃可控生長。基于本發(fā)明得到的鈣鈦礦薄膜制備的光電探測器，表現(xiàn)出良好的光電響應(yīng)和開關(guān)特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相變可控的全無機(jī)鈣鈦礦薄膜制備方法及器件應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦因其寬譜吸收，電子特性可調(diào)，載流子遷移率高等特點(diǎn)，使其在太陽能電池，發(fā)光二極管及探測器領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。然而，相分離和光誘導(dǎo)鹵素分離現(xiàn)象在很大程度上阻礙了有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料的發(fā)展。而采用金屬離子(如銫，銣等)代替有機(jī)離子是解決鈣鈦礦熱不穩(wěn)定性非常好的方案。因此，很多種基于溶液的方法用于生長形貌可控的全無機(jī)鈣鈦礦晶體，基于此晶體制備的鈣鈦礦器件表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而對于大尺寸鈣鈦礦器件產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，溶液法將受到薄膜厚度不足和相轉(zhuǎn)變所限制，也就是說，全無機(jī)鈣鈦礦通常都是通過溶液方法制備，然而溶液法在大面積、高表面覆蓋、大厚度薄膜制備中面臨挑戰(zhàn)。

化學(xué)氣相沉積可以用于制備高質(zhì)量的電子薄膜，也被用于有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜，對于全無機(jī)鈣鈦礦薄膜制備較少，通過研究沉積溫度對于薄膜結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)特性較少。為了適應(yīng)光電子器件快速發(fā)展需要，研發(fā)相變可控的全無機(jī)鈣鈦礦材料十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述技術(shù)問題，本發(fā)明涉及一種利用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，制備了相變可控的全無機(jī)鈣鈦礦薄膜。本發(fā)明利用化學(xué)氣相沉積法，通過調(diào)節(jié)沉積溫度控制鈣鈦礦薄膜的成分和晶型，制備優(yōu)質(zhì)全無機(jī)鈣鈦礦薄膜。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述。

本發(fā)明提供一種相變可控的全無機(jī)鈣鈦礦薄膜制備方法，所述方法的具體步驟如下：

(1)將先驅(qū)物溴化鉛和溴化銫分別置于氣相沉積裝置內(nèi)，將襯底置于沉積區(qū)，并對整個裝置抽真空；

(2)向氣相沉積裝置內(nèi)通入惰性氣體；

(3)設(shè)定沉積溫度和沉積時間，沉積溫度選自500-800℃，不同沉積溫度下，鈣鈦礦薄膜的成分和晶型不同。

上述步驟(1)中，抽真空至100Pa，并重復(fù)3次，以去除多余的氧氣和水蒸氣；襯底材料為硅。

上述步驟(2)中，惰性氣體為氬氣，流量為80sccm。

上述步驟(3)中加熱程序?yàn)椋簭氖覝丶訜岬皆O(shè)定的溫度時間為60min，然后保持時間為40min，停止加熱，冷卻到室溫。

經(jīng)過試驗(yàn)確定，在加熱時間60min，保持時間40min的情況下，當(dāng)沉積溫度為500℃時，得到的鈣鈦礦基本為CsPb₂Br₅相；當(dāng)沉積溫度為600℃、700℃時，得到的鈣鈦礦為CsPb₂Br₅-CsPbBr₃雙相結(jié)構(gòu)，并隨著溫度升高CsPbBr₃相增多；當(dāng)沉積溫度為750℃時，得到的鈣鈦礦基本為CsPbBr₃相；當(dāng)襯底溫度為800℃是，鈣鈦礦薄膜降解。