一種改進型大尺寸樣品硒化處理裝置制造方法
【專利摘要】一種改進型大尺寸樣品硒化處理裝置，包括外殼，原料容器，原料加熱裝置，基片支撐臺，基片加熱器，原料加熱裝置熱電偶，基片加熱器熱電偶和溫度顯示及控制裝置；原料容器設置在外殼內；原料容器內具有原料加熱裝置，原料加熱裝置上設置原料加熱裝置熱電偶；基片支撐臺放置于外殼內，其上設置基片加熱器，基片加熱器上設置基片加熱器熱電偶，基片放置在基片加熱器上；原料加熱裝置，基片加熱器，原料加熱裝置熱電偶和基片加熱器熱電偶分別與溫度顯示及控制裝置連接。該裝置將Se源加熱裝置和基片加熱器采用獨立控溫設計，可以保證Se源蒸發(fā)時蒸汽壓的可控性以及基片加熱時制備溫度與Se源蒸發(fā)溫度分別控制，從而實現精確控制反應條件和反應進程。
【專利說明】—種改進型大尺寸樣品砸化處理裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及采用硒化方法制備功能薄膜材料的裝置。
【背景技術】
[0002]硒化物以及含有硫族(chacolgenide)、磷族(pnitide)元素的化合物材料具有豐富的功能，在先進電子、新能源電池、特種功能材料等方面具有廣泛應用。含有Se等硫族化合物以及磷族元素化合物的薄膜材料是重要的功能材料。
[0003]多種硫族和磷族化合物的共同特點是在較低溫度下可以產生元素的蒸汽，在一定的溫度下具有較高的活性可與多種元素產生反應，從而可以采用此種方法制備化合物薄膜材料。
[0004]硒化物薄膜的典型材料體系包括=CuInGaSe太陽能薄膜電池、FeSe等鐵硫族類超導薄膜材料、硒化物拓撲絕緣體材料等。在許多情況下，化合物薄膜的制備需要在大面積基體上制備，以滿足低成本和高效制備的需要。在相關裝置設計上，如美國Nebraska大學以及韓國的 Se 化裝置[Sang Deok Kim etc., Solar EnergyMaterials&Solar Cells,62 (2000)，357-368]，均采用管式路內進行Se化裝置設計。北京有色金屬研究總院申請的專利《一種銅銦鎵硒太陽能電池吸收層均勻硒化裝置》(申請?zhí)?200820124582.4)內容涉及一種硒化處理裝置，但上述裝置的共同特點是:均采用整體加熱的方式進行Se化處理前驅膜，此時Se蒸汽的溫度與基底的溫度相同，或者即使略有不同，無法對兩個溫度進行單獨控制，從而獲得最佳工藝條件。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現有技術的上述問題，本發(fā)明采用對基片加熱器和原料加熱裝置分別控溫的硒化裝置，對基片表面的Se化溫度進行精確控制。
[0006]為實現上述目的，本發(fā)明包括如下技術方案:
[0007]—種改進型大尺寸樣品硒化處理裝置，包括外殼1，原料容器2，原料加熱裝置3，基片支撐臺4，基片加熱器5，原料加熱裝置熱電偶6，基片加熱器熱電偶7和溫度顯示及控制裝置；
[0008]該外殼I為中空密閉容器；
[0009]該原料容器2設置在外殼I內，其中盛裝原料硒；原料容器2內具有原料加熱裝置3，該原料加熱裝置3上設置原料加熱裝置熱電偶6 ；
[0010]該基片支撐臺4放置于外殼I內，其上設置基片加熱器5，基片加熱器5上設置基片加熱器熱電偶7，基片放置在該基片加熱器5上；
[0011]該原料加熱裝置3，基片加熱器5，原料加熱裝置熱電偶6和基片加熱器熱電偶7分別與溫度顯示及控制裝置連接。
[0012] 如上所述的裝置，優(yōu)選地，所述外殼I的側壁上設置補償加熱裝置8，該外殼I的內壁上設置補償加熱熱電偶9，兩者分別連接所述溫度顯示及控制裝置。[0013]如上所述的裝置，優(yōu)選地，所述基片加熱器5的外徑為50~250cm。
[0014]如上所述的裝置，優(yōu)選地，所述外殼I為圓筒形，所述基片支撐臺4為圓柱形，放置在該外殼I的底部；在外殼I的內壁和基片支撐臺4的外側壁之間形成環(huán)形槽作為原料容器2，該原料加熱裝置3環(huán)設在該環(huán)形槽底部，在原料加熱裝置3上對稱設置至少一對原料加熱裝置熱電偶6。
[0015]如上所述的裝置，優(yōu)選地，所述外殼I由不銹鋼、石墨或石英材料制成。
[0016]如上所述的裝置，優(yōu)選地，所述基片為單晶氧化物基片、Si基片、陶瓷材料基片或半導體材料基片。
[0017]另一方面，本發(fā)明提供一種蒸汽法制備硫族、磷族元素化合物薄膜的裝置，該裝置采用如上所述的結構，其中，所述原料容器2中盛裝砷、碲或銻原料。
[0018]再一方面，本發(fā)明提供如上所述的裝置在制備CuInGaSe薄膜太陽能電池材料或FeSe超導材料中的應用。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:該裝置將Se源加熱裝置和基片加熱器采用獨立控溫設計，可以保證Se源蒸發(fā)時蒸汽壓的可控性以及基片加熱時制備溫度與Se源蒸發(fā)溫度分別控制，從而將Se蒸汽壓與加熱制備溫度變?yōu)閮蓚€獨立的可控變量，從而為優(yōu)化薄膜制備工藝，提高工藝的可控性精度提供基礎，能夠制備高性能、低成本、大尺寸的硒化物薄膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1硒化裝置的結構示意圖。
[0021 ] 圖2為實施例1硒化裝置的俯視圖。
[0022]圖3為實施例2LaA103基片上硒化物薄膜的XRD圖譜。
[0023]圖4為實施例3LaA103基片上FeS為前驅膜的硒化物薄膜的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。這些實施例并非是對本發(fā)明的限制，任何等同替換或公知改變均屬于本發(fā)明保護范圍。
[0025]實施例1改進型大尺寸樣品硒化處理裝置
[0026]圖1和圖2所示為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，該裝置包括外殼1，原料容器2，原料加熱裝置3，基片支撐臺4，基片加熱器5，原料加熱裝置熱電偶6，基片加熱器熱電偶7和溫度顯示及控制裝置(圖中未顯示)。
[0027]外殼I是由不銹鋼、石墨或石英材料制成的圓筒形密閉容器?；闻_4為圓柱形，放置在外殼I的底部。在外殼I的內壁和基片支撐臺4的外側壁之間形成環(huán)形槽作為原料容器2。原料加熱裝置3環(huán)設在環(huán)形槽底部，在原料加熱裝置3上圍繞中心軸對稱設置至少一對原料加熱裝置熱電偶6?；闻_4上設置基片加熱器5，基片加熱器5上設置基片加熱器熱電偶7，基片放置在基片加熱器5上?；訜崞?的外徑為200cm,可放置大尺寸基片?；梢允抢鐔尉а趸锘?、Si基片、陶瓷材料基片或半導體材料基片。外殼I的外側壁上環(huán)設補償加熱裝置8，外殼I的內壁上在原料容器2的上部設置補償加熱熱電偶9。
[0028]原料加熱裝置3、基片加熱器5、原料加熱裝置熱電偶6、基片加熱器熱電偶7、補償加熱裝置8和補償加熱熱電偶9分別與溫度顯示及控制裝置連接。
[0029]該裝置的工作原理是:工作狀態(tài)時，原料加熱裝置熱電偶6和基片加熱器熱電偶7實時監(jiān)測基片溫度及原料容器2中硒原料的溫度，補償加熱熱電偶9監(jiān)測原料容器2中硒蒸汽的溫度。由溫度顯示及控制裝置分別控制基片上薄膜反應溫度和蒸汽溫度；并通過補償加熱裝置8調整硒蒸汽的溫度，由此控制蒸汽壓。從而實現精確控制反應條件和反應進程。
[0030]該裝置可用來制備CuInGaSe薄膜太陽能電池材料或FeSe超導材料。如果將原料容器2中的原料更換為砷、碲或銻，該裝置還可用來制備其它硫族、磷族元素化合物薄膜。
[0031]實施例2
[0032]在單晶氧化物LaAlO3基片上，采用射頻濺射的方法制備Fe膜。濺射氣壓0.1Pa,濺射功率為100W，制備Fe前驅膜的厚度為400nm。
[0033]將帶有Fe前驅膜的LaAlO3基片放入該硒化裝置的底部，并將整體硒化裝置置于加熱器上。
[0034]硒源加熱至250°C，將基片加熱至340°C，通入硒蒸汽進行硒化，蒸汽溫度為250°C，硒化過程持續(xù)I小時，后停止硒源加熱和基片加熱。 [0035]獲得樣品的X射線衍射圖譜如圖3所示?？梢娊涍^Fe前驅膜Se化處理的FeSe膜，其XRD圖譜體現出FeSe的典型特征，表明硒化過程有效，且前驅膜經硒化處理形成硒化物。
[0036]實施例3
[0037]在金屬不銹鋼基片上，采用射頻反應濺射的方法制備FeS膜。濺射氣體為Ar氣，反應氣體為H2S,濺射氣壓0.1Pa，濺射功率為100W，制備FeS前驅膜的厚度為400nm。
[0038]將帶有FeS前驅膜的LaAlO3基片放入該硒化裝置的底部，并將整體硒化裝置置于加熱器上。
[0039]硒源加熱至250°C，將基片加熱至450°C，通入硒蒸汽進行硒化，蒸汽溫度為2500C，硒化過程持續(xù)I小時，后停止硒源加熱和基片加熱。所形成的硒化物為以beta-FeSe相為主相的鐵硒化合物。
[0040]獲得樣品的X射線衍射圖譜如圖4所示?？梢娊涍^FeS前驅膜Se化處理的FeSe膜，其XRD圖譜體現出FeSe的典型特征。表明硒化過程有效，且前驅膜經硒化處理形成硒化物。
【權利要求】
1.一種改進型大尺寸樣品硒化處理裝置，其特征在于，其包括外殼(I)，原料容器(2)，原料加熱裝置(3)，基片支撐臺(4)，基片加熱器(5)，原料加熱裝置熱電偶(6)，基片加熱器熱電偶(7)和溫度顯示及控制裝置； 該外殼(I)為中空密閉容器； 該原料容器(2)設置在外殼(I)內，其中盛裝原料硒；原料容器(2)內具有原料加熱裝置(3)，該原料加熱裝置(3)上設置原料加熱裝置熱電偶(6)； 該基片支撐臺(4)放置于外殼(I)內，其上設置基片加熱器(5)，基片加熱器(5)上設置基片加熱器熱電偶(7)，基片放置在該基片加熱器(5)上； 該原料加熱裝置(3)，基片加熱器(5)，原料加熱裝置熱電偶(6)和基片加熱器熱電偶(7)分別與溫度顯示及控制裝置連接。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外殼(I)的側壁上設置補償加熱裝置(8)，該外殼(I)的內壁上設置補償加熱熱電偶(9)，兩者分別連接所述溫度顯示及控制裝置。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述基片加熱器(5)的外徑為50~250cm。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述外殼(I)為圓筒形，所述基片支撐臺 (4)為圓柱形，放置在該外殼(I)的底部；在外殼(I)的內壁和基片支撐臺(4)的外側壁之間形成環(huán)形槽作為原料容器(2)，該原料加熱裝置(3)環(huán)設在該環(huán)形槽底部，在原料加熱裝置(3)上對稱設置至少一對原料加熱裝置熱電偶(6)。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述外殼(I)由不銹鋼、石墨或石英材料制成。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述基片為單晶氧化物基片、Si基片、陶瓷材料基片或半導體材料基片。
7.一種蒸汽法制備硫族、磷族元素化合物薄膜的裝置，其特征在于，該裝置采用權利要求1-6中任一項所述的結構，其中，所述原料容器(2)中盛裝砷、碲或銻原料。
8.權利要求1-6中任一項所述的裝置在制備CuInGaSe薄膜太陽能電池材料或FeSe超導材料中的應用。
【文檔編號】H01L31/18GK103904154SQ201210581601
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權日:2012年12月27日
【發(fā)明者】李弢, 華志強, 吳云翼, 郜健 申請人:北京有色金屬研究總院