專利名稱：一種致密PbSe多晶薄膜的簡單制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種能用于近紅外光電器件的PbSe多晶薄 膜的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
PbSe是一種具有立方巖鹽結(jié)構(gòu)的窄禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下體材料的帶隙寬度為 0. 28eV。它是一種重要的紅外本征光電導(dǎo)材料，是制作紅外光電導(dǎo)探測器的重要材料之一。 用此材料制作的探測器具有量子效率高、靈敏度高、器件噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。PbSe還具有高介電 常數(shù)、高載流子遷移率、窄帶隙正向溫度系數(shù)(dEg/dT)等特點(diǎn)，在太陽能電池、熱電材料、發(fā) 光二極管、激光器等方面也具有重要的應(yīng)用。而且，PbSe同其它紅外材料如CdhHgJe相比 具有易生長、化學(xué)成分穩(wěn)定、均勻等優(yōu)點(diǎn)?？傊?，PbSe在現(xiàn)代軍用和民用中都顯示出了越來 越重要的作用。PbSe塊體和薄膜材料都可應(yīng)用于PbSe光電器件，而且薄膜材料在某些方面顯示 出比塊體材料更優(yōu)越的性能。迄今為止，曾有多種方法報導(dǎo)制備了 PbSe薄膜，如采用溶液 法、化學(xué)水浴法、電化學(xué)沉積法、熱壁外延法、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、分子束外延、原 子層外延、脈沖激光沉積等各種方法。但上述有些制備方法需要采用劇毒性甚至爆炸性的 原料，或者有毒性氣體產(chǎn)生。有些方法需要采用高真空設(shè)備、設(shè)備比較復(fù)雜、薄膜生長速率 慢，制膜成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種技術(shù)簡單、成本低廉、綠色環(huán)保的制備結(jié) 構(gòu)致密的PbSe多晶薄膜的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種致密PbSe多晶薄膜的制備方法，所述制備方法是以硒粉為硒源，以PbO為鉛 源，以碳粉作為還原劑，在570-1000°C的溫度條件下通過熱還原法制備得到所述的PbSe多
晶薄膜。本發(fā)明采用碳作為還原劑，沉積得到結(jié)構(gòu)致密的PbSe多晶薄膜。若不采用碳作為 還原劑，而只采用硒粉和PbO粉末的混合物，雖然也能得到PbSe多晶薄膜，但薄膜的致密 度、平整度都很差，結(jié)晶性能也較差，顆粒大小差別很大。本發(fā)明提出沉積反應(yīng)溫度需要在570°C以上，若反應(yīng)溫度低于此溫度，化學(xué)原料很 難充分反應(yīng)。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的制備方法具體包括以下步驟將沉積薄膜的襯底清洗 干凈以備后用；取原料硒粉、PbO粉末、碳粉混合均勻；將帶有石英管的管式爐加熱至 570-1000°C保溫，連續(xù)通入惰性氣體；將混合均勻的原料置于石英舟中，把石英舟快速推入 管式爐石英管的中間位置，然后把清洗好的襯底放在石英管中氣流的下游400-500°C位置 (即接近石英管的末端位置，該位置溫度一般需在400-500°C左右)，且使沉積薄膜的襯底表面朝下，根據(jù)薄膜厚度的需要，沉積一定時間以后，將襯底從管式爐中取出，置于大氣中 冷卻至室溫，即得所述的致密PbSe多晶薄膜。進(jìn)一步，Se在高溫下較易揮發(fā)，為了保證沉積PbSe薄膜的化學(xué)計量性，可加入適 當(dāng)過量的Se粉，本發(fā)明優(yōu)選所述原料硒粉與PbO的投料摩爾比為1. 2-1. 1:1。進(jìn)一步，本發(fā)明優(yōu)選所述PbO與碳粉的投料摩爾比為1.0-2.0 1。進(jìn)一步，本發(fā)明所述沉積薄膜的襯底的材質(zhì)可以為硅、藍(lán)寶石、石英或玻璃等。本發(fā)明中沉積時間可以薄膜厚度的需要來確定。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明所述PbSe多晶薄膜的制備方法操作簡單、成本低廉、綠 色環(huán)保，制得的PbSe多晶薄膜結(jié)晶質(zhì)量良好，薄膜的致密度、平整度良好，顆粒大小均勻， 為將來批量生產(chǎn)PbSe多晶薄膜提供了一種重要方法。


圖1為PbSe多晶薄膜的XRD圖。圖2為PbSe多晶薄膜的SEM圖。圖3為PbSe薄膜分別在550°C和575°C沉積時的XRD圖，由圖可知，反應(yīng)溫度為 550°C時，XRD圖上沒有明顯衍射峰出現(xiàn)，即沒有PbSe晶體薄膜沉積到襯底上。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于 此實(shí)施例1 首先將Si (100)襯底用標(biāo)準(zhǔn)的硅清洗工藝清洗干凈以備后用。稱取Se粉0. 79克、 PbO粉末2. 23克、碳粉0. 09克，三者倒于瑪瑙研缽中混合均勻。將帶有石英管的管式爐加 熱至900°C保溫。連續(xù)通惰性氣體10分鐘后，將上述混合好的原料放入石英舟中，把石英 舟快速推入管式爐石英管的中間位置。而后把清洗好的Si (100)襯底放在石英管中氣流的 下游位置，即接近石英管的末端位置(該位置溫度為400-5001左右)，且使31(100)襯底 表面朝下。薄膜沉積10分鐘后，將Si (100)襯底從管式爐中取出，置于大氣中冷卻至室溫。 沉積薄膜的XRD圖和SEM圖分別如圖1和圖2所示，可見沉積后的薄膜為具有立方巖鹽結(jié) 構(gòu)的PbSe薄膜，且結(jié)晶質(zhì)量良好，薄膜微結(jié)構(gòu)致密。實(shí)施例2:首先將藍(lán)寶石襯底用丙酮在超聲工藝下清洗備用。稱取Se粉0. 95克、PbO粉末 2. 23克、碳粉0. 10克，三者倒于瑪瑙研缽中混合均勻。將帶有石英管的管式爐加熱至700°C 保溫。連續(xù)通惰性氣體10分鐘后，將上述混合好的原料放入石英舟中，把石英舟快速推入 管式爐石英管的中間位置。而后把清洗好的藍(lán)寶石襯底放在石英管中氣流的下游位置，即 接近石英管的末端位置(該位置溫度為400-500°C左右)，且使藍(lán)寶石襯底表面朝下。薄膜 沉積30分鐘后，將藍(lán)寶石襯底從管式爐中取出，置于大氣中冷卻至室溫。即得到結(jié)構(gòu)致密 的PbSe薄膜。實(shí)施例3首先將石英襯底用丙酮在超聲工藝下清洗30分鐘備用。稱取Se粉0. 87克、PbO粉末2. 23克、碳粉0. 12克，三者倒于瑪瑙研缽中混合均勻。將帶有石英管的管式爐加熱至 800°C保溫。連續(xù)通惰性氣體10分鐘后，將上述混合好的原料放入石英舟中，把石英舟快速 推入管式爐石英管的中間位置。而后把清洗好的石英襯底放在石英管中氣流的下游位置， 即接近石英管的末端位置(該位置溫度為400-500°C左右)，且使石英襯底表面朝下。薄膜 沉積20分鐘后，將石英襯底從管式爐中取出，置于大氣中冷卻至室溫。即得到結(jié)構(gòu)致密的 PbSe多晶薄膜。實(shí)施例4首先將玻璃襯底用丙酮在超聲工藝下清洗30分鐘備用。稱取Se粉0. 87克、PbO 粉末2. 23克、碳粉0. 08克，三者倒于瑪瑙研缽中混合均勻。將帶有石英管的管式爐加熱至 575°C保溫。連續(xù)通惰性氣體10分鐘后，將上述混合好的原料放入石英舟中，把石英舟快速 推入管式爐石英管的中間位置。而后把清洗好的玻璃襯底放在石英管中氣流的下游位置， 即接近石英管的末端位置(該位置溫度為400-500°C左右)，且使玻璃襯底表面朝下。薄膜 沉積1小時后，將玻璃襯底從管式爐中取出，置于大氣中冷卻至室溫。即得到結(jié)構(gòu)致密的 PbSe多晶薄膜。沉積薄膜的XRD圖如圖3所示。對比實(shí)施例將帶有石英管的管式爐加熱至550°C保溫，其他條件同實(shí)施例4，所得沉積薄膜的 XRD圖如圖3所示。上面介紹了本發(fā)明的較優(yōu)實(shí)施例，但需要知道本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不離開本發(fā)明 的創(chuàng)意和范圍的情況下是能對本發(fā)明做出一些修改和變化的，本發(fā)明理應(yīng)包括所有這些修 改和變化，只要它們是在本權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種致密PbSe多晶薄膜的制備方法，其特征在于所述制備方法是以硒粉為硒源，以PbO為鉛源，以碳粉作為還原劑，在570-1000℃的溫度條件下通過熱還原法制備得到所述的PbSe多晶薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致密PbSe多晶薄膜的制備方法，其特征在于所述的制備方 法包括以下步驟將沉積薄膜的襯底清洗干凈以備后用；取原料硒粉、PbO粉末、碳粉混合 均勻；將帶有石英管的管式爐加熱至570-1000°C保溫，連續(xù)通入惰性氣體；將混合均勻的 原料置于石英舟中，把石英舟快速推入管式爐石英管的中間位置，然后把清洗好的襯底放 在石英管中氣流的下游400-500°C位置，且使沉積薄膜的襯底表面朝下，根據(jù)薄膜厚度的需 要，沉積一定時間以后，將襯底從管式爐中取出，置于大氣中冷卻至室溫，即得所述的致密 PbSe多晶薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的致密PbSe多晶薄膜的制備方法，其特征在于所述原料硒 粉與PbO的投料摩爾比為1.2-1. 1 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的致密PbSe多晶薄膜的制備方法，其特征在于所述PbO與 碳粉的投料摩爾比為1.0-2.0 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致密PbSe多晶薄膜的制備方法，其特征在于所述沉積薄膜的 襯底的材質(zhì)為硅、藍(lán)寶石、石英或玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種致密PbSe多晶薄膜的簡單制備方法，所述制備方法是以硒粉為硒源，以PbO為鉛源，以碳粉作為還原劑，在570-1000℃的溫度條件下通過熱還原法制備得到所述的PbSe多晶薄膜。本發(fā)明所述PbSe多晶薄膜的制備方法操作簡單、成本低廉、綠色環(huán)保，制得的PbSe多晶薄膜結(jié)晶質(zhì)量良好，薄膜的致密度、平整度良好，顆粒大小均勻，為將來批量生產(chǎn)PbSe多晶薄膜提供了一種重要方法。
文檔編號H01L31/0312GK101871097SQ201010197178
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者嚴(yán)金華, 程成, 馬德偉 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)