CN103981497B - 一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法 - Google Patents
一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103981497B CN103981497B CN201410149920.XA CN201410149920A CN103981497B CN 103981497 B CN103981497 B CN 103981497B CN 201410149920 A CN201410149920 A CN 201410149920A CN 103981497 B CN103981497 B CN 103981497B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flexible substrate
- thin film
- metal
- sputtering
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明公开了一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法，它采用在柔性衬底材料上采用先磁控溅射沉积金属Zn薄膜，再进行硫化处理的方法制备ZnS薄膜，具体步骤如下：选用金属Zn靶作为溅射靶材；对柔性衬底材料进行清洗；利用磁控溅射方法，在柔性衬底上沉积金属Zn薄膜；在硫气氛中对制备的金属Zn薄膜进行硫化处理，使Zn薄膜与硫反应生成柔性衬底ZnS薄膜；本发明适用于不同类型的柔性衬底材料，具有工艺简单、能够有效调节薄膜的组分、成本低廉、适用于大规模生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电薄膜材料的制备技术领域，特别涉及一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法。
背景技术
II-VI族化合物硫化锌（ZnS）薄膜是一种重要的宽带隙半导体材料，其室温直接光学带隙为3.7eV。ZnS薄膜具有介电常数低、光透射率高、化学性能稳定等优点，具有良好的光电、压电、气敏和热电等特性。此外，ZnS薄膜的组成元素Zn和S为无毒元素，且在地壳中含量丰富、价格低廉，使ZnS薄膜成为一种环境友好型半导体。ZnS薄膜在非线性光学器件、显示器件、表面声波器件、太阳能电池、紫外光探测器、半导体激光器、光催化、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
制备ZnS薄膜时常用刚性的玻璃作为衬底材料，使ZnS薄膜不可弯曲，无法将其安装在不规则物体的表面，限制其应用领域。在柔性衬底上制备的ZnS薄膜，具有材质柔软、可装配在各种物体表面、总厚度薄、质量轻、易于展开、可降低原材料成本、便于携带和运输等优点，可扩展ZnS薄膜的应用领域。迄今为止，可用磁控溅射、蒸发、脉冲激光沉积、溶剂热法、离子束沉积等工艺方法在柔性衬底上制备ZnS薄膜。对于ZnS薄膜在柔性显示器件和太阳能电池等光电领域的应用，需制备具有良好特性的薄膜。磁控溅射法具有薄膜致密度高、均匀性好、薄膜与基片附着性能好、可重复性高等优点，且适用于大规模沉积薄膜。目前，采用磁控溅射法在柔性衬底上制备ZnS薄膜时，选用ZnS靶材作为溅射源材料，但ZnS的溅射速率较低，常用的溅射时间大于1小时，且采用ZnS靶材进行溅射对溅射仪器存在一定的污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有柔性衬底ZnS薄膜的磁控溅射制备技术的缺陷，提供一种工艺简单、成本低廉、适用于大规模制备的柔性衬底ZnS薄膜的制备方法。
本发明提供的一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法，该方法在柔性衬底材料上采用先磁控溅射沉积金属Zn薄膜，再进行硫化处理的方法制备ZnS薄膜，所制备的柔性衬底ZnS薄膜具有(002)晶面的择优取向，具体步骤如下：
（1）选用金属Zn靶作为溅射靶材；
（2）对柔性衬底材料进行清洗；
（3）利用磁控溅射法，在柔性衬底上沉积金属Zn薄膜；
（4）在硫气氛中对步骤（3）制备的金属Zn薄膜进行硫化处理，使Zn薄膜与硫反应生成柔性衬底ZnS薄膜。
所述步骤（1）中的金属Zn靶纯度高于99.99%。
所述步骤（2）中的柔性衬底材料采用高分子聚合物或金属箔片；其中高分子聚合物是聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯；金属箔片是不锈钢片、钛箔、钼箔或铝箔；用丙酮、乙醇和去离子水对柔性衬底材料进行超声清洗，再用干燥N2吹干。
所述步骤（3）中的磁控溅射法采用直流磁控溅射法；将柔性衬底材料装入磁控溅射真空室，将真空室抽真空至本底真空度4.0×10-4Pa，再通入高纯Ar作为工作气体，Ar流量为20ml/min，通过闸板阀调节工作气压为0.5Pa，采用金属单质Zn靶进行直流磁控溅射，溅射功率为50W，溅射时间为300秒。
所述步骤（4）中的硫化源材料采用固态硫粉；溅射完成之后，将样品转移至管式炉中进行硫化处理，硫化源材料为固态硫粉，硫化过程中不通入保护气体，并用机械泵对管式炉进行抽真空，硫化温度为450°C，硫化时间为20～60分钟，硫化结束后样品随炉冷却。
所述步骤（4）中的硫化过程中通入N2作为保护气体。
本发明具有的优点和有益效果：
在柔性衬底上磁控溅射沉积Zn薄膜再进行硫化处理制备ZnS薄膜的方法具有工艺简单、能够有效调节薄膜的组分、成本低廉、适用于大规模生产等优点。与采用ZnS复合靶溅射的方法相比，本发明的制备方法采用金属Zn靶进行溅射的沉积速率高于ZnS靶的溅射沉积速率，并可减少溅射镀膜对溅射仪器的污染。此外，本发明可通过调整沉积Zn薄膜的工艺参数和硫化的工艺参数等途径方便地调节柔性衬底ZnS薄膜的结晶结构、光电特性等性能，得到符合所需性能要求的柔性衬底ZnS薄膜。
附图说明
图1为实施例1制备的柔性衬底ZnS薄膜的XRD图谱。
图2为实施例2制备的柔性衬底ZnS薄膜的XRD图谱。
图3为实施例3制备的柔性衬底ZnS薄膜的XRD图谱。
图4为实施例4制备的柔性衬底ZnS薄膜的XRD图谱。
图5为实施例5制备的柔性衬底ZnS薄膜的XRD图谱。
具体实施方式
为进一步说明本发明的内容和特点，通过具体实施例对本发明作进一步的说明，配合附图详细说明如下：
实施例1：
采用不锈钢片作为柔性衬底材料，用丙酮、乙醇、去离子水对不锈钢片衬底进行超声清洗，再用干燥N2吹干，将不锈钢片衬底装入磁控溅射真空室。将真空室抽真空至本底真空度4.0×10-4Pa，再通入高纯Ar作为工作气体，Ar流量为20ml/min，通过闸板阀调节工作气压为0.5Pa。采用金属单质Zn靶进行直流磁控溅射，溅射功率为50W，溅射时间为300秒，溅射过程不进行衬底加热。溅射完成之后，将样品转移至管式炉中进行硫化处理，硫化源材料为固态硫粉，硫化过程中不通入保护气体，并用机械泵对管式炉进行抽真空，硫化温度为450°C，硫化时间为20分钟，硫化结束后样品随炉冷却。
实施例2：
采用聚酰亚胺作为柔性衬底材料，用丙酮、乙醇、去离子水对聚酰亚胺衬底进行超声清洗，再用干燥N2吹干，将聚酰亚胺衬底装入磁控溅射真空室。将真空室抽真空至本底真空度4.0×10-4Pa，再通入高纯Ar作为工作气体，Ar流量为20ml/min，通过闸板阀调节工作气压为0.5Pa。采用金属单质Zn靶进行直流磁控溅射，溅射功率为50W，溅射时间为300秒，溅射过程不进行衬底加热。溅射完成之后，将样品转移至管式炉中进行硫化处理，硫化源材料为固态硫粉，硫化过程中不通入保护气体，并用机械泵对管式炉进行抽真空，硫化温度为450°C，硫化时间为20分钟，硫化结束后样品随炉冷却。
实施例3：
采用钛箔作为柔性衬底材料，用丙酮、乙醇、去离子水对钛箔衬底进行超声清洗，再用干燥N2吹干，将钛箔衬底装入磁控溅射真空室。将真空室抽真空至本底真空度4.0×10-4Pa，再通入高纯Ar作为工作气体，Ar流量为20ml/min，通过闸板阀调节工作气压为0.5Pa。采用金属单质Zn靶进行直流磁控溅射，溅射功率为50W，溅射时间为300秒，溅射过程不进行衬底加热。溅射完成之后，将样品转移至管式炉中进行硫化处理，硫化源材料为固态硫粉，硫化过程中通入N2作为保护气体，硫化温度为450°C，硫化时间为60分钟，硫化结束后样品随炉冷却。
实施例4：
采用不锈钢片作为柔性衬底材料，用丙酮、乙醇、去离子水对不锈钢片衬底进行超声清洗，再用干燥N2吹干，将不锈钢片衬底装入磁控溅射真空室。将真空室抽真空至本底真空度4.0×10-4Pa，再通入高纯Ar作为工作气体，Ar流量为20ml/min，通过闸板阀调节工作气压为0.5Pa。采用金属单质Zn靶进行直流磁控溅射，溅射功率为50W，溅射时间为300秒，溅射过程不进行衬底加热。溅射完成之后，将样品转移至管式炉中进行硫化处理，硫化源材料为固态硫粉，硫化过程中通入N2作为保护气体，硫化温度为450°C，硫化时间为60分钟，硫化结束后样品随炉冷却。
实施例5：
采用聚酰亚胺作为柔性衬底材料，用丙酮、乙醇、去离子水对聚酰亚胺衬底进行超声清洗，再用干燥N2吹干，将聚酰亚胺衬底装入磁控溅射真空室。将真空室抽真空至本底真空度4.0×10-4Pa，再通入高纯Ar作为工作气体，Ar流量为20ml/min，通过闸板阀调节工作气压为0.5Pa。采用金属单质Zn靶进行直流磁控溅射，溅射功率为50W，溅射时间为300秒，溅射过程不进行衬底加热。溅射完成之后，将样品转移至管式炉中进行硫化处理，硫化源材料为固态硫粉，硫化过程中通入N2作为保护气体，硫化温度为450°C，硫化时间为60分钟，硫化结束后样品随炉冷却。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法，其特征在于：在柔性衬底材料上采用先磁控溅射沉积金属Zn薄膜，再进行硫化处理的方法制备ZnS薄膜，具体步骤如下：
（1）选用金属Zn靶作为溅射靶材；
（2）对柔性衬底材料进行清洗，所述的柔性衬底材料采用高分子聚合物或金属箔片，其中高分子聚合物是聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯，金属箔片是不锈钢片、钛箔、钼箔或铝箔，用丙酮、乙醇和去离子水对柔性衬底材料进行超声清洗，再用干燥N2吹干；
（3）利用磁控溅射法，在柔性衬底上沉积金属Zn薄膜，所述的磁控溅射法采用直流磁控溅射法，将柔性衬底材料装入磁控溅射真空室，将真空室抽真空至本底真空度4.0×10-4Pa，再通入高纯Ar作为工作气体，Ar流量为20ml/min，通过闸板阀调节工作气压为0.5Pa，采用金属单质Zn靶进行直流磁控溅射，溅射功率为50W，溅射时间为300秒；
（4）在硫气氛中对步骤（3）制备的金属Zn薄膜进行硫化处理，使Zn薄膜与硫反应生成柔性衬底ZnS薄膜；所述的硫采用固态硫粉，溅射完成之后，将样品转移至管式炉中进行硫化处理，硫化过程中不通入保护气体，并用机械泵对管式炉进行抽真空，硫化温度为450°C，硫化时间为20～60分钟，硫化结束后样品随炉冷却。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的金属Zn靶纯度高于99.99%。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中的硫化过程中通入N2作为保护气体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410149920.XA CN103981497B (zh) | 2014-04-15 | 2014-04-15 | 一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410149920.XA CN103981497B (zh) | 2014-04-15 | 2014-04-15 | 一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103981497A CN103981497A (zh) | 2014-08-13 |
| CN103981497B true CN103981497B (zh) | 2016-09-21 |
Family
ID=51273665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410149920.XA Active CN103981497B (zh) | 2014-04-15 | 2014-04-15 | 一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103981497B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110512232B (zh) * | 2019-09-09 | 2021-02-26 | 清华大学 | 一种自支撑过渡金属硫化物薄膜电催化电极及其制备方法 |
| CN113073300A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 南京信息工程大学 | 一种非金属材料表面渗镀高纯硫化锌薄膜的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1547262A (zh) * | 2003-12-09 | 2004-11-17 | 南开大学 | 无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层薄膜的制备方法 |
| CN101645469A (zh) * | 2009-07-09 | 2010-02-10 | 深圳丹邦投资集团有限公司 | 一种薄膜太阳电池及其制造方法 |
| CN103311364A (zh) * | 2012-12-02 | 2013-09-18 | 上海理工大学 | 一种铜铟镓硒太阳能电池用硫化铟缓冲层薄膜的制备方法 |
-
2014
- 2014-04-15 CN CN201410149920.XA patent/CN103981497B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1547262A (zh) * | 2003-12-09 | 2004-11-17 | 南开大学 | 无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层薄膜的制备方法 |
| CN101645469A (zh) * | 2009-07-09 | 2010-02-10 | 深圳丹邦投资集团有限公司 | 一种薄膜太阳电池及其制造方法 |
| CN103311364A (zh) * | 2012-12-02 | 2013-09-18 | 上海理工大学 | 一种铜铟镓硒太阳能电池用硫化铟缓冲层薄膜的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ZnO退火条件对硫化法制备的ZnS薄膜特性的影响;王宝义等;《物理学报》;20050412(第04期);第1874页右栏第2段实验部分 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103981497A (zh) | 2014-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Song et al. | Rapid thermal annealing of ITO films | |
| Shakiba et al. | Effects of processing parameters on crystalline structure and optoelectronic behavior of DC sputtered ITO thin film | |
| CN108677155B (zh) | 一种室温下制备碘化亚铜p型透明半导体薄膜材料的方法 | |
| CN104746137B (zh) | 一种层状的二硫化钼薄膜的制备方法 | |
| Kumar et al. | Investigations on opto-electronical properties of DC reactive magnetron sputtered zinc aluminum oxide thin films annealed at different temperatures | |
| Liu et al. | Effect of annealing temperature on properties of ZnO: Al thin films prepared by pulsed DC reactive magnetron sputtering | |
| CN111621756B (zh) | 一种室温溅射制备晶态透明氧化铝薄膜的方法 | |
| CN108385062B (zh) | 一种(AlxGa1-x)2O3合金薄膜的制备方法 | |
| Tao et al. | Development of textured back reflector for n–i–p flexible silicon thin film solar cells | |
| Liu et al. | Effect of substrate surface pretreatment and annealing treatment on morphology, structure, optical and electrical properties of sputtered ZnO films | |
| CN109136859A (zh) | 一种制备高透光率氧化镓薄膜的方法 | |
| CN103981497B (zh) | 一种柔性衬底ZnS薄膜的制备方法 | |
| CN104195514B (zh) | 一种氮化锌锡多晶薄膜的制备方法 | |
| Mian et al. | Improvement of the uniformity of structural and electrical properties of transparent conductive Al-doped ZnO thin films by inductively coupled plasma-assisted radio frequency magnetron sputtering | |
| CN110344000A (zh) | 一种二维二硫化钼薄膜的制备方法 | |
| CN104831241B (zh) | 一种生长单相外延m面ZnOS三元合金薄膜的方法 | |
| Lu et al. | Structural, electrical and optical properties of transparent conductive titanium–gallium–zinc oxide films by magnetron sputtering | |
| Tao et al. | Deposition Ga-doped ZnO films on PEN substrate at room temperature for thin film silicon solar cells | |
| CN103985783B (zh) | 利用磁控溅射法在柔性衬底上制备铜锌锡硫薄膜的方法 | |
| CN105132875B (zh) | 一种扩散法制备高浓度梯度azo单晶导电薄膜的方法 | |
| Xiao et al. | Amorphous indium tin oxide films deposited on flexible substrates by facing target sputtering at room temperature | |
| Cheng et al. | Preparation and structural investigation of ultra-uniform Mo films on a Si/SiO2 wafer by the direct-current magnetron sputtering method | |
| Hamzah et al. | Effect of post-annealing in oxygen environment on ITO thin films deposited using RF magnetron sputtering | |
| Hua et al. | Influence of target substrate distance on the properties of transparent conductive Si doped ZnO thin films | |
| CN103147061B (zh) | 一种制备非晶态透明氧化锌薄膜的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |