[發明專利]一種硒化銻晶體、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 202011167874.8
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112376113B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 劉新勝;劉永軍;劉景玲;李二浩;莊玉君;程軻;杜祖亮
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C23C14/35;C23C14/54;C23C14/06;C23C14/58;C30B1/02;C30B28/02;C25B11/087;C25B1/55;C25B1/02
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張麗

本發明公開一種硒化銻晶體、其制備方法及應用。本發明通過磁控濺射法制備硒化銻非晶預制層，硒化時將硒源和預制層分別置于雙溫區快速退火爐的兩端，調節載氣流量、硒化氣壓和雙溫區快速退火爐兩端的升溫程序，使硒化氣壓遠低于硒源溫度下單質硒的飽和蒸汽壓，提高硒化時的硒通量，得到一個沿（hk0）取向生長的大晶粒硒化銻晶體。采用本發明的方法制備的硒化銻晶體沿（hk0）取向生長且具有較大的晶粒，有效避免了晶界和懸掛鍵對載流子傳輸的影響，提高了在特定方向上載流子的傳輸速率，能夠有效提高光電化學產氫效率，在光電化學領域具有廣泛應用。

技術領域

本發明屬于光電材料制備領域，具體涉及一種硒化銻晶體、其制備方法及應用。

背景技術

硒化銻是一種二元化合物半導體，組成元素銻、硒低毒且具有豐富的儲量，硒化銻禁帶寬度合適（~1.1eV），具有優異的吸光性能（吸光系數＞10⁵cm^-1），近年來在光電領域備受關注。硒化銻晶體具有獨特的準一維帶狀結晶結構，帶內原子間是通過共價鍵相連接的，而帶間則是通過范德華力堆砌在一起，從而致使載流子在帶內的傳輸速率遠大于帶間的傳輸速率，因此硒化銻材料在光、電學性質具有很強的各向異性。

硒化銻晶體由于本身晶體結構，在懸掛鍵和晶界處能夠形成較多的復合中心，作為陷阱俘獲自由載流子，導致載流子在不同取向、不同晶粒間遷移率較低（電子傳輸速率μ≈ 15 cm² V^-1 s ^-1），這限制了硒化銻在光電領域的應用。目前，優質的硒化銻晶體薄膜的制備方法有快速熱蒸發法（RTE）、近空間升華法（CSS）、氣相傳輸沉積法（VTD）、原位加熱磁控濺射法及磁控濺射后硒化法等，為了提高硒化銻晶體薄膜的載流子遷移率，控制生長條件使薄膜沿（001）擇優取向，得到貫穿整個薄膜的晶粒，來提高載流子的傳輸速率，獲得更優秀的光電性能。然而上述的硒化銻晶體薄膜制備方法仍然具有一定的局限性，晶粒尺寸限制在1-2μm，取向雜亂，（001）取向比重（峰強度比重）較低。尋找一種能夠制備更大晶粒，取向更一致的硒化銻晶體薄膜，能夠將其分離制備硒化銻單晶、硒化銻層、硒化銻棒等結構，更能夠發揮硒化銻晶體本身特點，擴大硒化銻材料在光電領域的應用一直是本領域研究人員追尋的目標。

發明內容

本發明的目的是提供一種硒化銻晶體、其制備方法及應用，本申請的制備方法能夠制備沿（hk0）取向的大晶粒硒化銻晶體，有效避免現有硒化銻晶體薄膜制備過程中產生的混合取向和晶粒較小的缺陷，從而提高光電化學產氫效率。

基于上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種硒化銻晶體的制備方法，包括如下步驟：

（1）采用射頻磁控濺射工藝在待制膜基底上制備非晶硒化銻預制層，非晶硒化銻預制層厚度500nm ~2000nm，其中非晶預制層中硒摩爾含量為0-45%；

（2）將得到非晶硒化銻預制層置于雙溫區快速退火爐的一端，硒源置于另一端，并設置相應的升溫程序，預制層端升溫程序設定為：升溫速率為0.1~ 10℃/s，恒溫溫度為350℃~480℃，維持溫度的時間為300s~1300s，硒源為硒粉或者硒粒，硒源端升溫程序設定為：升溫速率為0.1~ 12℃/s，恒溫溫度為400℃~700℃，維持溫度的時間為300s~1300s；載氣為氬氣，載氣流量設定為10sccm~150sccm，硒化氣壓設定為0.1 Torr~20Torr，待程序完全結束后，溫度降至200℃時，打開快速退火爐爐蓋，使其繼續降溫，當硒化銻薄膜端的熱電偶溫度顯示為100℃以下時，破真空，取出樣品，即得沿（hk0）取向生長為大晶粒的硒化銻薄膜。

進一步地，待制膜基底為SLG/Mo、SLG或SLG/FTO。

進一步地，預制層端升溫程序具體設定為：C1：30，T1：50，C2：300，T2：300，C3：300，T3：40，C4：350~520，T4：600-900，C5：350~520，T5：終止程序，C表示溫度，單位是℃，T表示時間，單位是秒。