CN106653565A - 硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法。硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法，选用铝箔作为衬底材料，剪成小片，分别用丙酮、超声清洗，将铝箔衬底装入磁控溅射系统的样品位置；在磁控溅射系统真空室中装载纯度为99.99％的金属Zn靶；启动机械泵粗抽真空，抽高真空，通入Ar作为工作气体，工作气压为0.5Pa。溅射Zn薄膜后进行硫化处理，取１g硫粉和样品放入石英舟，再将石英舟推入管式加热炉中，硫化加热，然后停止加热，随炉冷却，直至管式炉温度降至室温后取出。本发明以铝箔作为衬底材料，用磁控溅射沉积Zn薄膜再进行硫化处理的两步法制备ZnS薄膜，薄膜表面致密，由圆形的晶粒组成。

Description

硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法。
背景技术
半导体ZnS 薄膜是一种新型的光电子和微电子材料。ZnS薄膜是宽带隙材料，光学带隙为3.7eV，对可见光和红外光具有良好的透光特性。此外，ZnS 薄膜具有高折射率(＞２)、低介电常数、化学性能稳定等优点，可应用于增透膜、紫外发光二极管、电致发光器件、光电探测、半导体激光器、薄膜太阳能电池等领域。在薄膜太阳能电池中，ZnS 薄膜可作为吸收层和ZnO 窗口层之间的缓冲层，以替代常用的CdS 缓冲层，实现薄膜太阳能电池的无Cd 化，且ZnS 光学带隙大于CdS，使用ZnS 缓冲层可提高太阳能电池的短波响应。
在金属箔片衬底上制备的太阳能电池具有高功率质量比、不易破碎、生产过程能耗小、原材料成本低、携带方便等优点，可扩展太阳能电池的应用领域。如果采用ZnS 薄膜作为无Cd 化金属箔片衬底薄膜太阳能电池的缓冲层，则ZnS 薄膜也将在金属箔片衬底上沉积，因此需研究金属箔片衬底ZnS薄膜的特性。
已有研究报道采用脉冲激光沉积、溶剂热法，在金属箔片衬底上制备ZnS 薄膜。除了上述方法，若采用溅射Zn 再硫化的两步法制备ZnS 薄膜，具有工艺方法简单、成本低廉、能够有效调节薄膜特性、适用于大规模生产等优点。与ZnS 靶溅射的方法相比，Zn溅射沉积速率高于ZnS，并可减少溅射镀膜时真空系统的污染。对于硫化法制备ZnS 薄膜，目前仅见到使用刚性衬底的研究报道。
发明内容
本发明旨在提出一种硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法。
本发明的技术方案在于：
硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法，包括如下步骤：
选用厚度为50μm 的铝箔作为衬底材料，先将铝箔剪成2cm×1.25 cm 的小片，分别用丙酮、乙醇和去离子水对铝箔进行超声清洗，用干燥氮气吹干后，将铝箔衬底装入磁控溅射系统的样品位置；在磁控溅射系统真空室中装载纯度为99.99％的金属Zn 靶；启动机械泵粗抽真空至气压10Pa 以下，再用转速为600 Hz 的分子泵抽高真空至本底真空度4.0×10- 4Pa，接着通入流量为20mL/min的高纯Ar 作为工作气体，调节闸板阀控制工作气压为0.5Pa；采用直流溅射模式沉积Zn 薄膜，溅射条件为电压520V、电流0.095 A、功率49.4W，溅射镀膜时间为5 min.；
溅射Zn薄膜后进行硫化处理，硫化源材料为纯度99.95％的固态硫粉，取１g 硫粉和样品放入石英舟，再将石英舟推入管式加热炉中，通入N2 作为保护气体；硫化加热过程为10min 时间从室温升至150℃，在150℃保温5min，再以20℃/min 的升温速率加热至所需硫化温度，在硫化温度保温1h，然后停止加热，随炉冷却，直至管式炉温度降至室温后取出。
所述的硫化反应的典型温度条件为400，450 和500℃。
本发明的技术效果在于：
本发明以铝箔作为衬底材料，用磁控溅射沉积Zn薄膜再进行硫化处理的两步法制备ZnS 薄膜，薄膜表面致密，由圆形的晶粒组成。
具体实施方式
硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法，包括如下步骤：
选用厚度为50μm 的铝箔作为衬底材料，先将铝箔剪成2cm×1.25 cm 的小片，分别用丙酮、乙醇和去离子水对铝箔进行超声清洗，用干燥氮气吹干后，将铝箔衬底装入磁控溅射系统的样品位置；在磁控溅射系统真空室中装载纯度为99.99％的金属Zn 靶；启动机械泵粗抽真空至气压10Pa 以下，再用转速为600 Hz 的分子泵抽高真空至本底真空度4.0×10- 4Pa，接着通入流量为20mL/min的高纯Ar 作为工作气体，调节闸板阀控制工作气压为0.5Pa；采用直流溅射模式沉积Zn 薄膜，溅射条件为电压520V、电流0.095 A、功率49.4W，溅射镀膜时间为5 min.；
溅射Zn薄膜后进行硫化处理，硫化源材料为纯度99.95％的固态硫粉，取１g 硫粉和样品放入石英舟，再将石英舟推入管式加热炉中，通入N2 作为保护气体；硫化加热过程为10min 时间从室温升至150℃，在150℃保温5min，再以20℃/min 的升温速率加热至所需硫化温度，在硫化温度保温1h，然后停止加热，随炉冷却，直至管式炉温度降至室温后取出。
所述的硫化反应的典型温度条件为400，450 和500℃。

Claims (2)

1.硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法，其特征在于：包括如下步骤：
选用厚度为50μm 的铝箔作为衬底材料，先将铝箔剪成2cm×1.25 cm 的小片，分别用丙酮、乙醇和去离子水对铝箔进行超声清洗，用干燥氮气吹干后，将铝箔衬底装入磁控溅射系统的样品位置；在磁控溅射系统真空室中装载纯度为99.99％的金属Zn 靶；启动机械泵粗抽真空至气压10Pa 以下，再用转速为600 Hz 的分子泵抽高真空至本底真空度4.0×10- 4Pa，接着通入流量为20mL/min的高纯Ar 作为工作气体，调节闸板阀控制工作气压为0.5Pa；采用直流溅射模式沉积Zn 薄膜，溅射条件为电压520V、电流0.095 A、功率49.4W，溅射镀膜时间为5 min.；
溅射Zn薄膜后进行硫化处理，硫化源材料为纯度99.95％的固态硫粉，取１g 硫粉和样品放入石英舟，再将石英舟推入管式加热炉中，通入N2 作为保护气体；硫化加热过程为10min 时间从室温升至150℃，在150℃保温5min，再以20℃/min 的升温速率加热至所需硫化温度，在硫化温度保温1h，然后停止加热，随炉冷却，直至管式炉温度降至室温后取出。
2.根据权利要求1所述的硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜的方法，其特征在于：所述的硫化反应的典型温度条件为400，450 和500℃。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107502871A (zh) * 2017-09-01 2017-12-22 泉州师范学院 一种低温下硫化锌纳米材料的等离子体气相沉积制备方法
CN113249685A (zh) * 2021-04-09 2021-08-13 杭州电子科技大学 一种硫化银薄膜气敏传感器的制备方法

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