CN101214933A

CN101214933A - 一种制备金属硒化物薄膜的方法

Info

Publication number: CN101214933A
Application number: CNA2008100466580A
Authority: CN
Inventors: 胡云香; 周东祥; 龚树萍; 李鹏冲; 郑志平; 刘欢
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2008-07-09

Abstract

本发明公开了一种制备金属硒化物薄膜的方法，步骤为：先将摩尔比为(0.5～2)∶1的乙酰丙酮金属盐和硒化三辛基膦共同溶解于乙酰丙酮等溶剂，配成乙酰丙酮金属盐浓度为12.5～50m mol/L的前驱体溶液；在保护气氛下，对上述配制好的前驱体溶液进行雾化处理，将得到的气溶胶加热至300～550℃，使前驱体发生反应，生成金属硒化物，并使金属硒化物沉积到衬底上，待衬底上所形成薄膜达到所需的厚度时冷却。本发明方法可以方便灵活的改变原料之间的配比，以得到需要的产物，且原料更为廉价。这种制备方法使用的设备简单，适用于多种金属硒化物薄膜的制备。

Description

一种制备金属硒化物薄膜的方法

技术领域

本发明属于薄膜制备技术，具体涉及一种制备金属硒化物薄膜的方法，该方法采用气溶胶辅助化学气相沉积(AA CVD)法制备多种金属硒化物薄膜。

技术背景

金属硒化物薄膜，根据种类的不同，具有许多不同的特性，可以应用于多种领域。比如，硒化镉薄膜，可以应用于光电，微电子等领域；硒化铋可以应用于热释电领域等。

目前，有多种方法制备硒化物薄膜。如分子束外延法。(Fanghai Zhao，Xiaoliang Lu and Joel C.Keay.“MBE growth and characterization of IV～VIsemiconductor thin film structures on(110)BaF2 substrates”.Journal of CrystalGrowth，285(2005)，54～58)；电化学沉积法(A.N.Molin and A.I.Dikusar.“Electrochemical deposition of PbSe thin film from aqueous solutions”.ThinSolid Films，265(1995)，3～9)；化学浴沉积法(P.P.Hankare，S.D.Delekar andV.M.Bhuse.“Synthesis and characterization of chemically deposited leadselenide thin films”。Materials Chemistry and Physics，82，(2003)，505～508)；化学气相沉积法等。

化学气相沉积法是薄膜制备技术中一种使用较多的方法，特别是在微电子，太阳能利用，红外探测等领域。气溶胶辅助化学沉积(AACVD)，是前驱体处于气溶胶状态的CVD技术，是将前驱物溶于合适的溶剂，配制成源溶液，然后采用雾化方式获得气溶胶来进行薄膜沉积的。作为一种由金属有机物化学气相沉积(MOCVD)发展而来的新兴的化学气相沉积方法，AACVD成为了化学气相沉积领域里面的一个新的研究热点。

目前利用AACVD方法已成功制备出多种金属硒化物薄膜。如Taylor等人(G.Taylor，Proc.Roy.Soc.London.1964，A280，383.“Disintegration ofWater Drops in an Electric Field”)，利用氯化镉和硒脲作为前驱体，制备了硒化镉薄膜；P.O’Brien等人(M.Kemmler，M.Lazeel，P.O’Brien.J.Mater.Sci.Mater.Electron.2002，405，152～153.)使用(甲基，己基)-二硒代氨基甲酸铜，Cu(Se₂CNMenHex)₂作为前驱体来制备硒化铜薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备金属硒化物薄膜的方法，该方法为制备高质量金属硒化物薄膜提供了一条新的途径，并且具有原料成本低、设备简单的优点。

本发明提供的制备金属硒化物薄膜的方法，包括以下步骤：

(1)先将摩尔比为(0.5～2)∶1的乙酰丙酮金属盐和硒化三辛基膦共同溶解于溶剂，配成乙酰丙酮金属盐浓度为12.5～50m mol/L的前驱体溶液，其中，溶剂为乙酰丙酮、二氯甲烷、甲苯、丙酮或异丙醇；

(2)在保护气氛下，对上述配制好的前驱体溶液进行雾化处理，将得到的气溶胶加热至300～550℃，使前驱体发生反应，生成金属硒化物，并使金属硒化物沉积到衬底上，待衬底上所形成金属硒化物薄膜达到所需的厚度时冷却。

本发明所提供的制备金属硒化物薄膜的方法首次以乙酰丙酮金属盐和硒化三辛基膦作为前驱体来制备硒化物薄膜。克服了使用Me(Se₂CNRR’)x(Me＝金属，R，R’＝各种烷基)作为前驱体的一些不足，相对于之前的方法，可以方便灵活的改变原料之间的配比，以得到需要的产物，且原料更为廉价。这种制备方法使用的设备简单，适用于多种金属硒化物薄膜的制备。

附图说明

图1为本发明方法所采用的装置的结构示意图；

图2为实施例1所得的硒化铅薄膜的X射线衍射图；

图3为实施例1所得的硒化铅薄膜的SEM图；

图4为实施例2所得的硒化铜薄膜的X射线衍射图；

图5为实施例2所得的硒化铜薄膜的SEM图。

具体实施方式

本发明提供的技术解决方法为，利用气溶胶辅助化学气相沉积方法(AA CVD)，以乙酰丙酮金属盐和硒化三辛基膦作为双源前驱体，选择合适的溶剂，在玻璃或其它衬底上沉积金属硒化物薄膜。

本发明方法可以采用如图1所示的装置制备，下面结合附图1举例说明本发明方法的具体步骤：

(1)先将摩尔比为(0.5～2)∶1的乙酰丙酮金属盐和硒化三辛基膦共同溶解于溶剂(如乙酰丙酮，二氯甲烷，甲苯，丙酮，异丙醇等)，配成乙酰丙酮金属盐浓度为(12.5～50m mol/L)的前驱体溶液4，倒入一两口烧瓶，将烧瓶放入水3中。

(2)然后将衬底6(普通玻璃，氧化铝陶瓷或者硅片等)放入管式炉7内的石英玻璃管中，并将实验装置的各个部分组装起来。再打开氮气(或氩气)气源1，设定气体流量为80～200ml/min并打开管式炉7的加热开关，设定温度为300～550℃，等管式炉温度稳定时，打开雾化器2开关，开始雾化前驱体，形成气溶胶。气溶胶通过输运管路5进入管式炉7内的石英玻璃管中，气溶胶在加热后发生反应，生成金属硒化物，沉积至衬底6上，沉积时间一般为30min至120min。沉积完成之后关闭雾化器和管式炉加热开关。当管式炉内温度降到室温时，关闭氮气(或氩气)流量计。

在反应过程中所产生的尾气9(如没有反应完全的气溶胶、未被沉积的反应产物硒化物及其它副产物)通往硝酸溶液8进行处理，以减少环境污染。

以上为本发明方法制备薄膜的具体过程，其中溶解前驱体的溶剂，薄膜的沉积温度，沉积时间以及氮气流量都应该根据所制备薄膜的具体情况而定。

其中乙酰丙酮金属盐类包括乙酰丙酮铜，乙酰丙酮铅，乙酰丙酮铬，乙酰丙酮铁，乙酰丙酮镉，乙酰丙酮锌，乙酰丙酮镍，乙酰丙酮钴等。而溶剂则可以在二氯甲烷，乙酰丙酮等常见溶剂中选择。保护气体可以是氮气、氩气等，它不仅起到气氛保护的作用，也起到输运前驱体气溶胶的作用。

实施例1：

称量1m mol硒单质(0.078g)倒入一100ml两口圆底烧瓶，而后用注射器抽取1ml三辛基膦，注入烧瓶，让单质硒与三辛基膦反应得到硒化三辛基膦。另外称量1m mol乙酰丙酮铅(0.414g)，使其溶于20ml乙酰丙酮，配成溶液，并将此乙酰丙酮铅的乙酰丙酮溶液倒入烧瓶。溶液配制完之后，将经过清洗的玻璃衬底放入管式炉内的玻璃管中，然后将实验装置的各个部分装配起来。再设定沉积温度为450℃，沉积时间为90min，氮气流量为120ml/min。所制备的薄膜经过测试为高纯的硒化铅多晶薄膜，膜厚约为980nm。

实施例2：

称量1m mol硒单质(0.078g)倒入一100ml两口圆底烧瓶，而后用注射器抽取1ml三辛基膦，注入烧瓶，让单质硒与三辛基膦反应得到硒化三辛基膦。另外称量1m mol乙酰丙酮铜(0.262g)，使其溶于40ml二氯甲烷，配成溶液，并将此乙酰丙酮铜的二氯甲烷溶液倒入烧瓶。溶液配制完之后，将经过清洗的Si衬底放入管式炉内的玻璃管中，然后将实验装置的各个部分装配起来。再设定沉积温度为400℃，沉积时间为70min，氮气流量为120ml/min。所制备的薄膜经过测试为高纯的硒化铜多晶薄膜，膜厚为约1700nm。

Claims

1.一种制备金属硒化物薄膜的方法，其步骤包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：保护气体为氮气或氩气，其流量为80～200ml/min，沉积时间为30～120min。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：上述乙酰丙酮金属盐为乙酰丙酮铜，乙酰丙酮铅，乙酰丙酮铬，乙酰丙酮铁，乙酰丙酮镉，乙酰丙酮锌，乙酰丙酮镍，或者乙酰丙酮钴。