CN111048640A - 基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法 - Google Patents
基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于异质结制备技术领域，特别是涉及一种基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，首先以多孔多晶硅模板为衬底，利用磁控溅射技术在多孔多晶硅模板的表面预沉积CdS薄膜；然后再利用化学水浴法沉积一层CdS薄膜，制备CdS/Si异质结原型二极管；最后进行退火处理，对异质结界面的缺陷态进行调控。本发明利用CdS/Si异质结的缺陷态发光获得近红外光发射，提高二极管的性能。
Description
技术领域
本发明属于异质结制备技术领域，特别是涉及一种基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法。
背景技术
近红外光在食品、农业和生物医学等方面具有广泛的用途。传统的近红外光光源是钨灯，但是其体积大、寿命短，且钨灯的光谱中近红外光仅仅占有很少的一部分。基于半导体异质结的近红外发光二极管(LED)，具有体积小、寿命长、效率高等特点。对于LED近红外二极管，一般采用蓝光或白光二极管照射近红外荧光粉获得近红外光。但是，近红外光荧光粉的光谱很难满足具体的需要，并且，蓝光或白光二极管以及荧光粉的衰减会大大影响近红外光的色温和显色指数，从而降低二极管的性能。
在半导体异质结制备过程中，很难避免缺陷态的生成。为了提高异质结的性能，通常采用各种方法降低缺陷态的影响。但是在光致/电致发光谱中，缺陷态却具有重要的意义。如果可以通过调控制备条件，有效地控制异质结的缺陷态和缺陷态在异质结界面的分布，利用异质结的缺陷态的发光制备近红外光发射器件，将是一种较好的思路。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，利用CdS/Si异质结的缺陷态发光获得近红外光发射，提高二极管的性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明提供了一种基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以多孔多晶硅模板为衬底，利用磁控溅射技术在多孔多晶硅模板的表面预沉积CdS薄膜；
步骤2，再利用化学水浴法沉积一层CdS薄膜，制备CdS/Si异质结原型二极管；
步骤3，进行退火处理，对异质结界面的缺陷态进行调控。
进一步地，所述步骤1的具体过程如下：
步骤101，将清洗干净的多晶硅片，放入氢氟酸和硝酸铁溶液中，在140℃下刻蚀50min，获得多孔多晶硅模板；
步骤102，将多孔多晶硅模板固定在磁控溅射室的样品支架上，对磁控溅射室抽真空到10-6Pa～10-4Pa，然后向磁控溅射室充入氩气，保持磁控溅射室真空度为0.1Pa～10Pa；
步骤103，调整CdS靶材和多孔多晶硅模板的距离为3cm～6cm，设置溅射功率为50W～120W；
步骤104，打开CdS靶材的挡板，开始溅射，溅射时间10s～60s，在多孔多晶硅模板的表面上预沉积厚度为15～100nm的CdS薄膜，并且对多孔多晶硅表面进行修饰。
进一步地，所述步骤2的具体过程如下：
步骤201，将氯化镉、硫脲和氨水制备成溶液；
步骤202，将上述制备的溶液在水浴中搅拌加热至40℃～110℃，然后再加入氯化铵，搅拌3min；
步骤203，将所获得的多孔多晶硅模板垂直放入反应溶液，反应一段时间，制备CdS/Si异质结；
步骤204，取出制备的CdS/Si异质结，在室温用氮气吹干。
进一步地，所述氯化镉的浓度为0.01～0.1mol/L，硫脲的浓度为0.05～0.2mol/L，氨水的浓度为2.25mol/L，氯化铵的浓度为0.05～0.2mol/L。
进一步地，所述步骤3的具体过程如下：
步骤301，把CdS/Si异质结放入高温炉，退火温度为100℃～700℃，在氩气氛围中退火1～5h；
步骤302，利用磁控溅射技术在CdS/Si异质结的正面制备ITO电极，利用真空蒸镀在背面制备Ag电极，制备ITO/CdS/Si/Ag原型二极管；
步骤303，从ITO电极和Ag电极用银胶引出银导线，施加正向偏压采集近红外光发射光谱。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，首先利用磁控溅射技术在多孔多晶硅模板上预沉积CdS薄膜，再利用化学水浴法沉积一层CdS薄膜，制备CdS/Si异质结原型二极管，进行适当的退火处理，对异质结界面的缺陷态进行调控，正向偏压下利用缺陷态的发光获得近红外光发射；通过退火处理，控制界面处缺陷态数量及其在界面处的分布，利用获得的缺陷态发射近红外光谱，不需要考虑衰减导致的色温和显色指数的变化对二极管性能的影响。
通过对退火条件的控制，调控CdS/Si异质结界面内的缺陷态，利用缺陷态的发光实现近红外光发射。本发明制作工艺简单、生产成本低，能够获得不同的近红外光谱。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一至三的磁控溅射CdS的XRD图谱；
图3是本发明实施例一至三的制备CdS/Si异质结的XRD图谱，其中(a)表示无退火处理，(b)300℃退火处理，(c)400℃退火处理，(d)500℃退火处理；
图4是本发明实施例一无退火处理CdS/Si异质结电致发光谱；
图5是本发明实施例一300℃退火处理CdS/Si异质结电致发光谱；
图6是本发明实施例二400℃退火处理CdS/Si异质结电致发光谱；
图7是本发明实施例三500℃退火处理CdS/Si异质结电致发光谱；
图8是近红外光强度随退火温度变化关系图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本实施例的基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，首先以多孔多晶硅模板为衬底，利用磁控溅射技术在多孔多晶硅模板的表面预沉积CdS薄膜，然后再利用化学水浴法沉积一层CdS薄膜，制备CdS/Si异质结原型二极管，最后进行退火处理，对异质结界面的缺陷态进行调控；具体包括以下步骤：
步骤S101，将清洗干净的多晶硅片，放入氢氟酸和硝酸铁溶液中，在140℃下刻蚀50min，获得多孔多晶硅模板；
步骤S102，将多孔多晶硅模板固定在磁控溅射室的样品支架上，对磁控溅射室抽真空到10-5Pa，然后向磁控溅射室充入氩气，保持磁控溅射室真空度为1Pa；
步骤S103，调整CdS靶材和多孔多晶硅模板的距离为5cm，设置溅射功率为80W；
步骤S104，打开CdS靶材的挡板，开始溅射，溅射时间20s，在多孔多晶硅模板的表面上预沉积厚度为50nm的CdS薄膜，目的是阻碍接下来的化学水浴沉积过程中，在CdS/Si异质结界面处引入金属Cd单质，如图2所示；
步骤S105，将0.015mol/L氯化镉、0.1mol/L硫脲和2.25mol/L氨水制备成溶液；
步骤S106，将上述制备的溶液在水浴中搅拌加热至80℃，然后再加入0.15mol/L氯化铵，搅拌3min；
步骤S107，将所获得的多孔多晶硅模板垂直放入反应溶液，反应20min，制备CdS/Si异质结；
步骤S108，取出制备的CdS/Si异质结，在室温用氮气吹干，XRD如图3(a)所示；
步骤S109，把CdS/Si异质结放入高温炉中，氩气保护下300℃退火1h，XRD如图3(b)所示；
步骤S110，利用磁控溅射技术在CdS/Si异质结的正面制备ITO电极，利用真空蒸镀在背面制备Ag电极，制备ITO/CdS/Si/Ag原型二极管；
步骤S111，从ITO电极和Ag电极用银胶引出银导线，施加10V的正向偏压，采集光谱，如图5所示。
无退火处理时，向CdS/Si异质结施加10V正向偏压，采集光谱，如图4所示。
实施例二
本实施例与实施一的不同之处在于，将CdS/Si异质结放入高温炉中，氩气保护下400℃退火1h，XRD如图3(c)所示；施加10V正向偏压，采集光谱，如图6所示。
实施例三
本实施例与实施一的不同之处在于，将CdS/Si异质结放入高温炉中，氩气保护下500℃退火1h，XRD如图3(d)所示；施加10V正向偏压，采集光谱，如图7所示。
对比实施例一、实施例二和实施例三，对所制备的CdS/Si异质结进行了不同高温的退火，调控了CdS/Si异质结界面处的缺陷态的分布状态，从而控制了近红外光的光强，随着退火温度的升高，近红外光强度增强，如图8所示。本发明利用异质结半导体的缺陷态发射获得近红外光，构思新颖，并且通过控制退火条件，调控近红外光光强。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来讲是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (5)
1.一种基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，以多孔多晶硅模板为衬底，利用磁控溅射技术在多孔多晶硅模板的表面预沉积CdS薄膜；
步骤2，再利用化学水浴法沉积一层CdS薄膜，制备CdS/Si异质结原型二极管；
步骤3，进行退火处理，对异质结界面的缺陷态进行调控。
2.根据权利要求1所述的基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程如下：
步骤101，将清洗干净的多晶硅片，放入氢氟酸和硝酸铁溶液中，在140℃下刻蚀50min，获得多孔多晶硅模板；
步骤102，将多孔多晶硅模板固定在磁控溅射室的样品支架上，对磁控溅射室抽真空到10-6Pa～10-4Pa，然后向磁控溅射室充入氩气，保持磁控溅射室真空度为0.1Pa～10Pa；
步骤103，调整CdS靶材和多孔多晶硅模板的距离为3cm～6cm，设置溅射功率为50W～120W；
步骤104，打开CdS靶材的挡板，开始溅射，溅射时间10s～60s，在多孔多晶硅模板的表面上预沉积厚度为15～100nm的CdS薄膜，并且对多孔多晶硅表面进行修饰。
3.根据权利要求2所述的基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：
步骤201，将氯化镉、硫脲和氨水制备成溶液；
步骤202，将上述制备的溶液在水浴中搅拌加热至40℃～110℃，然后再加入氯化铵，搅拌3min；
步骤203，将所获得的多孔多晶硅模板垂直放入反应溶液，反应一段时间，制备CdS/Si异质结；
步骤204，取出制备的CdS/Si异质结，在室温用氮气吹干。
4.根据权利要求3所述的基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，其特征在于，所述氯化镉的浓度为0.01～0.1mol/L，硫脲的浓度为0.05～0.2mol/L，氨水的浓度为2.25mol/L，氯化铵的浓度为0.05～0.2mol/L。
5.根据权利要求3所述的基于界面缺陷态发光CdS/Si原型近红外光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：
步骤301，把CdS/Si异质结放入高温炉，退火温度为100℃～700℃，在氩气氛围中退火1～5h；
步骤302，利用磁控溅射技术在CdS/Si异质结的正面制备ITO电极，利用真空蒸镀在背面制备Ag电极，制备ITO/CdS/Si/Ag原型二极管；
步骤303，从ITO电极和Ag电极用银胶引出银导线，施加正向偏压采集近红外光发射光谱。
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| CN111048640B (zh) | 2021-03-26 |
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