CN109721036A

CN109721036A - 一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法

Info

Publication number: CN109721036A
Application number: CN201910002563.7A
Authority: CN
Inventors: 刘琳; 庞晓露; 高克玮; 杨会生
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明涉及一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，属于半导体材料的制备领域。本发明采用的是醋酸铅和硒粉，分别为铅源和硒源，以硒粉和亚硫酸钠为原料制备硒代硫酸钠，以柠檬酸钠为络合剂，通过氢氧化钾调节pH值，将沉积液放置水浴锅中，在75℃下加热3～4小时，干燥后得到的硒化铅薄膜。本发明合成方法中所用的原料易得，工艺简便，成本低、收率高和能大规模生产薄膜的优点，因此该方法具有非常广阔的应用前景。

Description

一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法

技术领域

本发明涉及一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，该方法简便易行，无毒环保，具有普适性，能够在实验室中进行快速有效的制备，属于半导体材料的制备领域。

背景技术

硒化铅薄膜是一类重要的半导体材料，具有窄的禁带宽度(0.27eV,300K)。因为其介电常数较大，折射率高达5.5，折射率温度系数也达到-0.002K^-1，透明波段宽，短波吸收限为3.4μm，在4μm到16μm的吸收系数小，且易沉积，可以制成很好的红外光学薄膜，并且广泛的应用于制造红外探测器、激光发射器、热电转换器、太阳能电池、发光二极管、超离子材料、薄膜晶体管等半导体器件。该材料在国防及工、农业建设中得到了大规模应用，近几十年来受到了科学界的广泛重视。

制备硒化铅薄膜的方法有很多，如电化学沉积法(ECD)、分子束外延法(MBE)、真空气相沉积法(VPD)，原子层沉积法(ALD)，溅射沉积法等。与这些制备方法比较，化学液相法从性能价格比上来说具有明显的优势，是广泛应用的一种方法。在相对较低的温度下，不需要任何特殊的设置和任何复杂的仪器，且制备的薄膜晶粒更加紧密，表面更加光滑。化学液相法具有成本低、收率高和能大规模生产薄膜等特点，在合成金属硫族化物晶体时有很大前景。

对比论文文献：罗飞，王锦鹏，陶春虎等.化学液相沉积制备PbSe薄膜生长过程及其性能研究[J].航空材料学报2011,31(02)：33-36；与其不同点在此特地指出。首先，原料的不同，本发明中柠檬酸钠是作为络合剂使用的，得到的薄膜更加细致，可见附图2；其次，本发明的实验顺序、过程是要按照严格地络合过程来实现的，这是通过大量实验验证得到的。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足，发明了一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法。

一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，其特征在于以醋酸铅和硒粉为铅源和硒源，沉积液以硒粉和亚硫酸钠为原料制备硒代硫酸钠，以柠檬酸钠为络合剂，通过氢氧化钾调节pH值，将沉积液放置水浴锅中，在75℃下加热3～4小时，干燥后得到的硒化铅薄膜。

本发明合成方法中所用的原料易得，工艺简便，成本低、收率高和能大规模生产薄膜的优点，因此该方法具有非常广阔的应用前景。

化学液相法制备硒化铅薄膜的实验原理如下：

Se+Na₂SO₃→Na₂SeSO₃

(SeSO₃)^2-+2OH^-→Se^2-+SO₄ ^2-+H₂O

Pb²⁺+Se^2-→PbSe↓

如上所述的化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，具体制备步骤如下：

a.制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗15～20min，再放入无水乙醇中浸泡；

b.制备硒代硫酸钠溶液：将适当比例的硒粉与亚硫酸钠放入容器中，加入去离子水，在90℃下边搅拌边加热24h，过滤除去未反应的硒粉和硒酸盐，得到硒代硫酸钠溶液；

c.制备沉积液：配制出质量分数为1.5～2.0％的醋酸铅溶液、16～18％柠檬酸钠溶液，边搅拌边将柠檬酸钠溶液缓慢地倒入醋酸铅溶液中，再将硒代硫酸钠溶液倒入二者的混合溶液中，加去离子水，使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0得到沉积液；沉积液中，柠檬酸钠溶液体积百分数为15％-30％，醋酸铅溶液体积百分数为20％-40％，硒代硫酸钠溶液的体积百分数为6％-8％，余量为去离子水和氢氧化钾溶液；

d.将衬底吹干后，放入75℃沉积液中，3～4小时后取出，风干。

进一步地，所述适当浓度的硒代硫酸钠溶液，其中使用的是质量浓度百分比小于1:2且不大于1:3的硒粉和亚硫酸钠。

进一步地，步骤c所述硒代硫酸钠溶液的具体用量是根据沉积液的颜色变化来判断的，溶液颜色以由浅棕色变至棕色再变至咖啡色最后至黑色为准。

利用X射线衍射分析了所得硒化铅薄膜的相结构，结果如图1所示；利用金相显微镜分析了所得硒化铅薄膜的形貌图，结果如图2所示。所得结果表明晶核分布比较均匀，薄膜较为致密且外观平整，已稳定成完全多晶结构，其密度得到改善。

与现有技术相比，本发明中所使用的化学液相法具有成本低、收率高和能大规模生产薄膜等特点，该方法简便易行，无毒环保，能够在实验室中进行快速有效的制备，具有普适性。

附图说明

图1是硒化铅薄膜的XRD衍射图谱。

图2是硒化铅薄膜的金相显微镜图：(a)沉积时间3.0h，(b)沉积时间3.5h，(c)沉积时间4.0h。

具体实施方式

实施例1

制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗后，再放入无水乙醇中浸泡，沉积时使用；使用质量浓度百分比为5:12的硒粉与亚硫酸钠制备硒代硫酸钠溶液。使用2.0％的醋酸铅溶液，17％的柠檬酸钠溶液和硒代硫酸钠溶液；边搅拌边将0.20～0.28倍体积的醋酸铅溶液、0.15～0.20倍体积的柠檬酸钠和0.06～0.07倍体积的硒代硫酸钠溶液混合，再使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0，加入去离子水至1倍体积；准备三个衬底，吹干后分别放入75℃恒温水浴锅中的三份上述沉积液中，分别在3小时后，3.5小时后，4小时后取出衬底，制得如图1中的曲线所示以及如图2所示的硒化铅薄膜。

实施例2

制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗后，再放入无水乙醇中浸泡，沉积时使用；使用质量浓度百分比为4:10的硒粉与亚硫酸钠制备硒代硫酸钠溶液。使用1.7％的醋酸铅溶液，16％的柠檬酸钠溶液和硒代硫酸钠溶液；边搅拌边将0.28～0.35倍体积的醋酸铅溶液、0.20～0.25倍体积的柠檬酸钠和0.07～0.08倍体积硒代硫酸钠溶液混合，再使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0，加入去离子水至1倍体积；准备三个衬底，吹干后分别放入75℃恒温水浴锅中的三份上述沉积液中，分别在3小时后，3.5小时后，4小时后取出衬底，制得如图1中的曲线所示以及如图2所示的硒化铅薄膜。

实施例3

制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗后，再放入无水乙醇中浸泡，沉积时使用；使用质量浓度百分比为5:11的硒粉与亚硫酸钠制备硒代硫酸钠溶液。使用1.5％的醋酸铅溶液，16％的柠檬酸钠溶液和硒代硫酸钠溶液；边搅拌边将0.35～0.40倍体积的醋酸铅溶液、0.25～0.30倍体积的柠檬酸钠和0.07～0.08倍体积硒代硫酸钠溶液混合，再使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0，加入去离子水至1倍体积；准备三个衬底，吹干后分别放入75℃恒温水浴锅中的三份上述沉积液中，分别在3小时后，3.5小时后，4小时后取出衬底，制得如图1中的曲线所示以及如图2所示的硒化铅薄膜。

从图1可以看出制备出了硒化铅薄膜，从图2可以看出晶核分布比较均匀，薄膜较为致密，衬底表面被完全覆盖，且外观平整。

由上述实施例可以看出，采用化学液相法制备的硒化铅薄膜成膜质量较高，并且成本低、工艺简单，能大规模生产，有很大的应用前景。

Claims

1.一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，其包括醋酸铅、硒粉、亚硫酸钠、氢氧化钾，pH控制在11.0～12.0，在75℃下加热3～4小时，干燥后得到的硒化铅薄膜，其特征在于：具体制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，其特征在于：步骤b所述硒代硫酸钠溶液中硒粉和亚硫酸钠质量浓度百分比小于1:2且不大于1:3。

3.根据权利要求1所述的化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，其特征在于：步骤c所述硒代硫酸钠溶液的具体用量是根据沉积液的颜色变化来判断的，溶液颜色以由浅棕色变至棕色再变至咖啡色最后至黑色为准。