CN112522735A - 具有复合衬底结构的czt薄膜材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料及其制备方法，所述碲锌镉薄膜采用基片‑复合衬底‑半导体的三明治结构的组合形式。所述复合衬底结构是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构。本发明在传统碲锌镉薄膜生长过程中采用复合衬底结构。与传统生长方式相比，本发明所采用的复合衬底结构技术，得到的薄膜生长速度更快，薄膜晶粒尺寸更大，薄膜晶体质量更高，薄膜表面形貌可调控。本发明制备的薄膜材料对于能源、公共安全、军事、核工业、核医学、科学研究以及航空航天等领域能源获取、安全监控、辐射防护方面具有重要意义和应用前景。

Description

具有复合衬底结构的CZT薄膜材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碲锌镉材料及其制备方法，特别是一种CZT薄膜材料及及调控碲锌镉薄膜生长的制备方法，属于无机非金属材料制造工艺技术领域。
背景技术
碲锌镉(CdZnTe)以下简称CZT，是一种重要的化合物半导体材料，由于其可调谐的直接带隙(约1.5eV-2.3eV)、高原子序数、高量子效率、良好的电荷输运特性以及高迁移率寿命乘积(μτ)等特性，使其在高能辐射探测器、太阳能电池、光解水制氢等领域具有广泛的应用前景，其制备及应用研究已成为国内外相关领域的热点。
现有的CZT器件往往都局限于使用CZT单晶材料。但CZT固有的物性使得目前大尺寸、高质量的CZT单晶材料难以制备，且CZT单晶材料价格高昂，这些困难严重影响了CZT光电器件尤其是大尺寸器件的应用。针对这一困境，大面积、高性能的薄膜制备技术成为了人们关注的焦点。但由于CZT薄膜材料的制备工艺限制，CZT薄膜一般都是多晶薄膜，具有一般多晶材料固有的缺陷，其结晶质量弱于单晶。CZT薄膜的质量已成为目前制约CZT厚膜器件应用的重要因素。因此，如何想方设法实现高质量CZT薄膜是该领域研究的关键和热点。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料及其制备方法，在CZT薄膜材料与衬底之间，采用磁控溅射法与电子束蒸发法制备氧化锌基薄膜与金属催化层构成的复合衬底，从而为实现一种基于复合衬底结构的高质量CZT薄膜材料的制备提供了有效方法。本发明制备的薄膜材料对于能源、公共安全、军事、核工业、核医学、科学研究以及航空航天等领域能源获取、安全监控、辐射防护方面具有重要意义和应用前景。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料，采用基片-复合衬底-半导体的三明治结构的组合形式，所述复合衬底是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构；采用磁控溅射沉积方法，在基片上生长氧化锌基薄膜层，然后采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长金属催化层，获得复合衬底结构；然后采用近空间升华方法，在复合衬底结构上继续制备CZT薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜。
优选制备所述氧化锌基薄膜的氧化锌基陶瓷靶材掺有氧化镓(Ga2O3)、氧化硼(B2O3)中的一种或多种，掺杂比例为0.1～20wt.％，材料纯度为99～99.99999wt.％。
优选所述氧化锌基薄膜的厚度为1～500nm。进一步优选上述氧化锌基薄膜的厚度为150～250nm。
优选制备所诉金属催化层所用生长原材料为金、铂或钯中的任意一种金属或几种，按照金属所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，金属纯度为99～99.99999wt.％。
优选所述金属催化层的厚度为1～50nm。进一步优选上述金属催化层的厚度为1～20nm。
优选多晶CZT材料作为CZT薄膜制备的生长原料，以原料所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，材料纯度为99～99.99999wt.％。进一步优选材料纯度为99.99～99.9999wt.％。
一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)复合衬底结构的制备：
复合衬底结构包括两层，分别为氧化锌基薄膜层及金属催化层；
氧化锌基薄膜层采用磁控溅射沉积方法，在洁净干燥的基片上生长厚度为1～500nm的膜层；所用溅射靶材为掺有氧化镓、氧化硼及氧化铝中的任意一种或任意多种的掺杂氧化锌陶瓷靶材，掺杂比例为0.1～20wt.％；以原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，溅射靶材的材料纯度为99～99.99999wt.％；
金属催化层采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长厚度为1～50nm的膜层，作为催化层；所用生长原材料为金、铂和钯中的任意一种金属或任意多种金属，按照金属所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，原材料金属纯度为99～99.99999wt.％；
(2)CZT薄膜生长过程：
采用近空间升华沉积方法，在所述步骤(1)中制备所得的复合衬底结构上生长碲锌镉膜层；采用多晶CZT材料作为CZT薄膜制备的生长原料，以原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，多晶CZT材料纯度为99～99.99999wt.％；控制生长环境的真空度为1.0*10-4～100Pa；控制衬底加热温度为100-800℃，升华源加热温度为100～800℃；控制衬底与升华源之间的距离为1-10mm；控制加热生长时间为10～600mins；控制托盘旋转的速率为不大于10rad/min；在加热时间结束后，待碲锌镉薄膜样品自然冷却至室温，取出碲锌镉薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜材料。
优选地，在所述步骤(1)中，在所述步骤(1)中，氧化锌基薄膜的厚度为150～250nm。
优选地，在所述步骤(1)中，金属催化层的厚度为1～20nm。
优选地，在所述步骤(1)中，基片为Si、GaAs、玻璃中的任意一种无机或半导体材料基片。
优选地，在所述步骤(1)中，采用电子束热蒸发沉积方法制备金属催化层，电子束电压为不高于9.7keV，功率设定为不低于最高功率的39.6％，生长温度为室温。
优选地，在所述步骤(2)中，采用近空间升华法，进行碲锌镉薄膜生长的时间为10-120min，在复合衬底结构上生成的产物即为碲锌镉薄膜。
优选地，在所述步骤(2)中，控制衬底加热温度为400-800℃，升华源加热温度为600～800℃，控制加热时间为60～600mins。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明具有复合衬底结构的CZT薄膜材料利用复合衬底结构来改善CZT薄膜的质量，通过使用氧化锌基薄膜与金属催化层构成的复合衬底，调控CZT薄膜的生长，实现CZT薄膜的生长速度和结晶质量的提高，并获得理想的CZT薄膜表面形貌，从而促进CZT薄膜未来在光电器件中的应用，优先解决了解决CZT薄膜材料传统生长方式所带来的性能劣势问题，并提高了具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的综合性能；
2.本发明方法制备的CZT薄膜的晶粒尺度远大于传统工艺制备的薄膜；本发明方法制备的CZT薄膜材料的生长速度远大于CZT薄膜的传统生长工艺；本发明方法制备的CZT薄膜的结晶质量远高于传统工艺制备的薄膜；本发明方法制备的CZT薄膜的表面形貌可调控，远丰富于传统工艺制备的薄膜；
3.本发明方法中所采用的复合衬底结构可作为与CZT薄膜接触良好的背电极使用，有利于CZT薄膜光电器件的制备与应用；
4.本发明方法制备的薄膜材料对于能源、公共安全、军事、核工业、核医学、科学研究以及航空航天等领域能源获取、安全监控、辐射防护方面具有重要意义和应用前景。
附图说明
图1为本发明各实施例具有复合衬底结构CZT薄膜截面示意图。
图2为本发明实施例二制备的具有复合衬底结构的CZT薄膜进行观测的扫描电镜图像。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料，所述CZT薄膜的结构采用基片-复合衬底-半导体的三明治结构的组合形式，所述复合衬底是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构；采用磁控溅射沉积方法，在基片上生长氧化锌基薄膜层，然后采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长金属催化层，获得复合衬底结构；然后采用近空间升华方法，在复合衬底结构上继续制备CZT薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜。采用厚度为1mm高硼硅玻璃基片，复合衬底结构总厚度为205nm，其中氧化锌基薄膜厚度为200nm，金属催化层厚度为5nm。按照原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，选取纯度为99.99wt.％的掺杂有3wt.％氧化镓的氧化锌基陶瓷靶材作为磁控溅射的靶材，选取纯度为99.999wt.％的高纯金作为电子束蒸发的原料，选取纯度为99.9999wt.％的高纯CZT多晶材料为近空间热升华的原料。
一种本实施例具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：
一种采用复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)基片预处理
选取合适的高硼硅玻璃基片，厚度为1mm，将衬底依次在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15分钟后，用高纯氮气吹干，得到洁净干燥的高硼硅玻璃基片，备用；
(2)复合衬底结构的制备
a.采用磁控溅射沉积方法，在所述步骤(1)中所得的洁净干燥的高硼硅玻璃基片上生长厚度为200nm的氧化锌基薄膜层；所用靶材为掺杂有3wt.％氧化镓的氧化锌基陶瓷靶材，纯度为99.99wt.％；使用射频磁控溅射电源，溅射功率为150W，工艺气体为氩气，溅射气压为0.8Pa；
b.采用电子束热蒸发沉积方法，在所述步骤(2)的步骤a中所得的氧化锌基薄膜层上生长厚度为5nm的金属催化层；所用的金属为高纯金，按照金属所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，金属纯度为99.999wt.％；电子束电压为9.7keV，功率设定为39.6％，生长温度为室温；
(3)CZT薄膜生长过程
采用近空间热升华方法，在所述步骤(2)中制备所得的带有复合衬底结构的高硼硅玻璃基片上生长CZT薄膜；采用多晶CZT材料作为CZT薄膜制备的生长原料，以原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，材料纯度为99.9999wt.％；控制生长环境的真空度为2.0Pa；控制衬底加热温度为400℃，升华源加热温度为600℃；控制衬底与升华源之间的距离为3mm；控制加热生长时间为60mins；控制托盘旋转的速率为1rad/min；加热时间结束后，待碲锌镉薄膜样品自然冷却至室温，取出碲锌镉薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜材料。
实验测试分析：
将本实施例制备的采用复合衬底结构的CZT薄膜材料作为样品进行实验测试，使用扫描电子显微镜，在室温下对本实施例制备获得的采用复合衬底结构的CZT薄膜进行观测，经观测发现，薄膜的生长速率以及薄膜的晶粒尺寸有所提高，并且获得了极为丰富的表面形貌。
本实施例采用了复合衬底结构来改善传统CZT薄膜的生长方法，获得比传统生长方法更快的生长速率，更大的晶粒尺寸。此外，相比于传统生长方法，复合衬底结构的引入使得CZT薄膜具有极为丰富的表面形貌，并且复合衬底结构可作为与CZT薄膜接触良好的背电极使用，这使得CZT薄膜在应用于制造光电器件时具有更好的性能。例如应用于新能源领域，使用CZT薄膜光解水制氢，更丰富的表面形貌带来了更好的光吸收性能及与水更大的接触面积，极大的提高了光解水制氢的效率。
实施例二：
本实施例与前述实施基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图1，一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料，所述CZT薄膜的结构采用基片-复合衬底-半导体的三明治结构的组合形式，所述复合衬底是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构；采用磁控溅射沉积方法，在基片上生长氧化锌基薄膜层，然后采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长金属催化层，获得复合衬底结构；然后采用近空间升华方法，在复合衬底结构上继续制备CZT薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜。所述复合衬底的制备过程采用掩模工艺，仅在基片的一半制备复合衬底。采用厚度为1mm高硼硅玻璃基片，复合衬底结构总厚度为205nm，其中氧化锌基薄膜厚度为200nm，金属催化层厚度为5nm。按照原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，选取纯度为99.99wt.％的掺杂有3wt.％氧化镓的氧化锌基陶瓷靶材作为磁控溅射的靶材，选取纯度为99.999wt.％的高纯金作为电子束蒸发的原料，选取纯度为99.9999wt.％的高纯CZT多晶材料为近空间热升华的原料。
一种本实施例具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)基片预处理
选取合适的高硼硅玻璃基片，厚度为1mm，将衬底依次在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15分钟后，用高纯氮气吹干，得到洁净干燥的高硼硅玻璃基片，备用；
(2)复合衬底结构的制备
a.采用磁控溅射沉积方法及掩模工艺，在所述步骤(1)中所得的洁净干燥的高硼硅玻璃基片的一半上生长厚度为200nm的氧化锌基薄膜层；所用靶材为掺杂有3wt.％氧化镓的氧化锌基陶瓷靶材，纯度为99.99wt.％；使用射频磁控溅射电源，溅射功率为150W，工艺气体为氩气，溅射气压为0.8Pa；
b.采用电子束热蒸发沉积方法及掩模工艺，在所述步骤(2)的步骤a中所得的氧化锌基薄膜层上生长厚度为5nm的金属催化层；所用的金属为高纯金，按照金属所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，金属纯度为99.999wt.％；电子束电压为9.7keV，功率设定为39.6％，生长温度为室温；
(3)CZT薄膜生长过程
采用近空间热升华方法，在所述步骤(2)中制备所得的带有一半复合衬底结构的高硼硅玻璃基片上生长CZT薄膜；选取多晶CZT材料，以原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，材料纯度为99.9999wt.％；控制生长环境的真空度为2.0Pa；控制衬底加热温度为400℃，升华源加热温度为600℃；控制衬底与升华源之间的距离为3mm；控制加热生长时间为60mins；控制托盘旋转的速率为1rad/min；加热时间结束后，待碲锌镉薄膜样品自然冷却至室温，取出碲锌镉薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜材料。
实验测试分析：
将本实施例制备的采用复合衬底结构的CZT薄膜材料作为样品进行实验测试，使用扫描电子显微镜，在室温下对本实施例制备获得的采用复合衬底结构的CZT薄膜进行观测，获得如图2的扫描电镜图像，经观测发现，有无复合衬底结构的CZT薄膜生长速率、晶粒尺寸、表面形貌均有限制提升，并且复合衬底结构可作为与CZT薄膜接触良好的背电极使用，这使得CZT薄膜在应用于制造光电器件时具有更好的性能。例如应用于新能源领域，使用CZT薄膜光解水制氢，更丰富的表面形貌带来了更好的光吸收性能及与水更大的接触面积，极大的提高了光解水制氢的效率。
实施例三：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图1，一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料，所述CZT薄膜的结构采用基片-复合衬底-半导体的三明治结构的组合形式，所述复合衬底是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构；采用磁控溅射沉积方法，在基片上生长氧化锌基薄膜层，然后采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长金属催化层，获得复合衬底结构；然后采用近空间升华方法，在复合衬底结构上继续制备CZT薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜。采用厚度为1mm硅基片，复合衬底结构总厚度为205nm，其中氧化锌基薄膜厚度为200nm，金属催化层厚度为5nm。按照原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，选取纯度为99.99wt.％的掺杂有3wt.％氧化镓的氧化锌基陶瓷靶材作为磁控溅射的靶材，选取纯度为99.999wt.％的高纯金作为电子束蒸发的原料，选取纯度为99.9999wt.％的高纯CZT多晶材料为近空间热升华的原料。
一种本实施例具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)基片预处理
选取合适的硅基片，将硅基片依次在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15分钟；将氢氟酸和去离子水按照1：3的比例配成溶液；将衬底浸没在所配溶液中并静置10mins，随后再依次在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15分钟；最后用高纯氮气吹干，得到洁净干燥的硅基片，备用；
(2)复合衬底结构的制备
a.采用磁控溅射沉积方法，在所述步骤(1)中所得的洁净干燥的硅基片上生长厚度为200nm的氧化锌基薄膜层；所用靶材为掺杂有3wt.％氧化镓的氧化锌基陶瓷靶材，纯度为99.99wt.％；使用射频磁控溅射电源，溅射功率为150W，工艺气体为氩气，溅射气压为0.8Pa；
b.采用电子束热蒸发沉积方法，在所述步骤(2)的步骤a中所得的氧化锌基薄膜层上生长厚度为5nm的金属催化层；所用的金属为高纯金，按照金属所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，金属纯度为99.999wt.％。电子束电压为9.7keV，功率设定为39.6％，生长温度为室温；
(3)CZT薄膜生长过程
采用近空间热升华方法，在所述步骤(2)中制备所得的带有复合衬底结构的硅基片上生长CZT薄膜；选取多晶CZT材料，以原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，材料纯度为99.9999wt.％；控制生长环境的真空度为2.0Pa；控制衬底加热温度为400℃，升华源加热温度为600℃；控制衬底与升华源之间的距离为3mm；控制加热生长时间为60mins；控制托盘旋转的速率为1rad/min；加热时间结束后，待碲锌镉薄膜样品自然冷却至室温，取出碲锌镉薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜材料。
实验测试分析：
将本实施例制备的采用复合衬底结构的CZT薄膜材料作为样品进行实验测试，使用扫描电子显微镜，在室温下对本实施例制备获得的采用复合衬底结构的CZT薄膜进行观测，经观测发现，薄膜的生长速率以及薄膜的晶粒尺寸有所提高，并且获得了极为丰富的表面形貌。
本实施例采用了复合衬底结构来改善传统CZT薄膜的生长方法，可以获得比传统生长方法更快的生长速率，更大的晶粒尺寸。此外，相比于传统生长方法，复合衬底结构的引入使得CZT薄膜具有极为丰富的表面形貌，并且复合衬底结构可作为与CZT薄膜接触良好的背电极使用，这使得CZT薄膜在应用于制造光电器件时具有更好的性能。例如应用于新能源领域，使用CZT薄膜光解水制氢，更丰富的表面形貌带来了更好的光吸收性能及与水更大的接触面积，极大的提高了光解水制氢的效率。
实施例四：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图1，一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料，所述CZT薄膜的结构采用基片-复合衬底-半导体的三明治结构的组合形式，所述复合衬底是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构；采用磁控溅射沉积方法，在基片上生长氧化锌基薄膜层，然后采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长金属催化层，获得复合衬底结构；然后采用近空间升华方法，在复合衬底结构上继续制备CZT薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜。采用厚度为1mm高硼硅玻璃基片，复合衬底结构总厚度为205nm，其中氧化锌基薄膜厚度为200nm，金属催化层厚度为5nm。按照原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，选取纯度为99.99wt.％的掺杂有2.5wt.％氧化镓及0.5wt.％氧化硼的氧化锌基陶瓷靶材作为磁控溅射的靶材，选取纯度为99.999wt.％的高纯金作为电子束蒸发的原料，选取纯度为99.9999wt.％的高纯CZT多晶材料为近空间热升华的原料。
一种本实施例具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)基片预处理
选取合适的高硼硅玻璃基片，厚度为1mm，将衬底依次在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15分钟后，用高纯氮气吹干，得到洁净干燥的高硼硅玻璃基片，备用；
(2)复合衬底结构的制备
a.采用磁控溅射沉积方法，在所述步骤(1)中所得的洁净干燥的高硼硅玻璃基片上生长厚度为200nm的氧化锌基薄膜层；所用靶材为掺杂有2.5wt.％氧化镓及0.5wt.％氧化硼的氧化锌基陶瓷靶材，纯度为99.99wt.％；使用射频磁控溅射电源，溅射功率为150W，工艺气体为氩气，溅射气压为0.8Pa；
b.采用电子束热蒸发沉积方法，在所述步骤(2)的步骤a中所得的氧化锌基薄膜层上生长厚度为5nm的金属催化层；所用的金属为高纯金，按照金属所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，金属纯度为99.999wt.％；电子束电压为9.7keV，功率设定为39.6％，生长温度为室温；
(3)CZT薄膜生长过程
采用近空间热升华方法，在所述步骤(2)中制备所得的带有复合衬底结构的高硼硅玻璃基片上生长CZT薄膜；选取多晶CZT材料，以原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，材料纯度为99.9999wt.％；控制生长环境的真空度为2.0Pa；控制衬底加热温度为400℃，升华源加热温度为600℃；控制衬底与升华源之间的距离为3mm；控制加热生长时间为60mins；控制托盘旋转的速率为1rad/min。加热时间结束后，待碲锌镉薄膜样品自然冷却至室温，取出碲锌镉薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜材料。
实验测试分析：
将本实施例制备的采用复合衬底结构的CZT薄膜材料作为样品进行实验测试，使用扫描电子显微镜，在室温下对本实施例制备获得的采用复合衬底结构的CZT薄膜进行观测，经观测发现，薄膜的生长速率以及薄膜的晶粒尺寸有所提高，并且获得了极为丰富的表面形貌。
本实施例采用了复合衬底结构来改善传统CZT薄膜的生长方法，可以获得比传统生长方法更快的生长速率，更大的晶粒尺寸。此外，相比于传统生长方法，复合衬底结构的引入使得CZT薄膜具有极为丰富的表面形貌，并且复合衬底结构可作为与CZT薄膜接触良好的背电极使用，这使得CZT薄膜在应用于制造光电器件时具有更好的性能。例如应用于新能源领域，使用CZT薄膜光解水制氢，更丰富的表面形貌带来了更好的光吸收性能及与水更大的接触面积，极大的提高了光解水制氢的效率。
综合上述实施例可知，为了解决CZT薄膜材料传统生长方式所带来的性能劣势，上述实施例利用复合衬底结构来改善CZT薄膜的质量。通过使用氧化锌基薄膜与金属催化层构成的复合衬底，调控CZT薄膜的生长，实现CZT薄膜的生长速度和结晶质量的提高，并获得理想的CZT薄膜表面形貌，从而促进CZT薄膜未来在光电器件中的应用。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有复合衬底结构的CZT薄膜材料，其特征在于：采用基片-复合衬底-半导体的三明治结构的组合形式，所述复合衬底是由氧化锌基薄膜层与金属催化层进行层叠组装结合的结构；采用磁控溅射沉积方法，在基片上生长氧化锌基薄膜层，然后采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长金属催化层，获得复合衬底结构；然后采用近空间升华方法，在复合衬底结构上继续制备CZT薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜。
2.一种权利要求1所述具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)复合衬底结构的制备：
复合衬底结构包括两层，分别为氧化锌基薄膜层及金属催化层；
氧化锌基薄膜层采用磁控溅射沉积方法，在洁净干燥的基片上生长厚度为1～500nm的膜层；所用溅射靶材为掺有氧化镓、氧化硼及氧化铝中的任意一种或任意多种的掺杂氧化锌陶瓷靶材，掺杂比例为0.1～20wt.％；以原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，溅射靶材的材料纯度为99～99.99999wt.％；
金属催化层采用真空蒸发或电子束蒸发沉积方法，在氧化锌基薄膜层上生长厚度为1～50nm的膜层，作为催化层；所用生长原材料为金、铂和钯中的任意一种金属或任意多种金属，按照金属所含杂质浓度比例作为金属纯度的计算方法，原材料金属纯度为99～99.99999wt.％；
(2)CZT薄膜生长过程：
采用近空间升华沉积方法，在所述步骤(1)中制备所得的复合衬底结构上生长碲锌镉膜层；采用多晶CZT材料作为CZT薄膜制备的生长原料，以原料所含杂质浓度比例作为材料纯度的计算方法，多晶CZT材料纯度为99～99.99999wt.％；控制生长环境的真空度为1.0*10-4～100Pa；控制衬底加热温度为100-800℃，升华源加热温度为100～800℃；控制衬底与升华源之间的距离为1-10mm；控制加热生长时间为10～600mins；控制托盘旋转的速率为不大于10rad/min；在加热时间结束后，待碲锌镉薄膜样品自然冷却至室温，取出碲锌镉薄膜，从而得到具有复合衬底结构的CZT薄膜材料。
3.根据权利要求2所述具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，在所述步骤(1)中，在所述步骤(1)中，氧化锌基薄膜的厚度为150～250nm。
4.根据权利要求2所述具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，在所述步骤(1)中，在所述步骤(1)中，金属催化层的厚度为1～20nm。
5.根据权利要求2所述具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，在所述步骤(1)中，在所述步骤(1)中，基片为Si、GaAs、玻璃中的任意一种无机或半导体材料基片。
6.根据权利要求2所述具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，在所述步骤(1)中，在所述步骤(1)中，采用电子束热蒸发沉积方法制备金属催化层，电子束电压为不高于9.7keV，功率设定为不低于最高功率的39.6％，生长温度为室温。
7.根据权利要求2所述具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，在所述步骤(1)中，在所述步骤(2)中，采用近空间升华法，进行碲锌镉薄膜生长的时间为10-120min，在复合衬底结构上生成的产物即为碲锌镉薄膜。
8.根据权利要求2所述具有复合衬底结构的CZT薄膜材料的制备方法，在所述步骤(1)中，在所述步骤(2)中，控制衬底加热温度为400-800℃，升华源加热温度为600～800℃，控制加热时间为60～600mins。
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