CN113521791A - 一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光电半导体薄膜制备技术领域的一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，包括底座，水平的稳定架设在工作台上；超声波震板，水平的架设在底座顶部；超声波换能器，安装在底座内部的超声波震板底部，所述超声波换能器与外接电源和控制器电连接，能够优化的，便捷快速，更加效率，本装置生产成本及能耗更低，并且让光电半导体薄膜特别是钙钛矿湿膜可以在室温下发生结晶，生产设备简单，操作简便，可中试放大，批量生产。

Description

一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置

技术领域

本发明涉及光电半导体薄膜制备技术领域，特别是涉及一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置。

背景技术

光电半导体薄膜，是一种由半导体材料形成的纳米薄膜，主要用于微电子元件和光电子器件的核心材料。尤其是，近些年发展起来的钙钛矿薄膜，由于其禁带宽度可调，可溶液制备等优点而受到广泛关注。

传统制作钙钛矿湿膜上的溶剂方法为热处理法，首先将前驱体溶液涂敷在导电基板上，形成液膜，前驱体溶液包括溶剂、以及溶解在所述溶剂中的钙钛矿材料；通过加热到一定温度，使溶剂快速挥发从而溶质析出晶化形成结晶，在所述温度为溶剂沸点以上，此方法具有热处理设备的要求高、能耗高、长时间工作稳定性差、薄膜易产生结晶缺陷等缺点，影响新型光电半导体薄膜的大规模生产及柔性化制备。

基于此，本发明设计了一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，能够优化的，便捷快速，更加效率，本装置生产成本更低，并且让钙钛矿薄膜可以在室温下发生结晶，降低钙钛矿薄膜因为受热而产生晶体缺陷的概率，使半导体薄膜快速结晶，生产设备简单，操作简单。

本发明是这样实现的：一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，包括：

底座，水平的稳定架设在工作台上；

超声波震板，水平的架设在底座顶部；

超声波换能器，安装在底座内部的超声波震板底部，所述超声波换能器与外接电源和控制器电连接；

传动箱，为一密封腔体，水平的架设在超声波震板顶部，顶部设有器件结晶槽，所述器件结晶槽为向下凹陷的凹槽，且所述器件结晶槽不与传动箱内部连通；

所述传动箱上还分别开设了进液管和出液管，所述进液管和出液管都与传动箱的内腔连通。

进一步地，所述传动箱为不锈钢整体结构，所述传动箱的顶部高于器件结晶槽平面。

进一步地，所述底座内部设有电连接线，所述底座的一侧设有接线管，所述连接线设置在接线管内，所述超声波换能器通过连接线与外接控制器电连接。

进一步地，所述器件结晶槽底部水平，所述器件结晶槽的深度h在40mm-80mm之间。

进一步地，所述进液管和出液管都固定设置在传动箱顶部，所述进液管和出液管的顶端都高于传动箱的顶部平面；

所述进液管连通伸入在传动箱的内腔顶部，所述出液管连通伸入在传动箱的内腔底部，所述进液管和出液管的顶端开口处都通过螺纹安装了密封盖。

进一步地，所述进液管和出液管的直径d大小相同，所述进液管和出液管的直径d都小于传动箱与器件结晶槽宽度差m的一半。

进一步地，所述超声波换能器通过变频器调节频率。

进一步地，所述传动箱内注满冷却液。

本发明的有益效果是：1、本发明通过超声波换能器将电能转化为震荡能量，再通过超声波震板将能量传递至传动箱内的液体以及传动箱，最终通过液体为放置于器件仓内的器件提供半导体薄膜结晶所需要的能量，从而使器件结晶槽内的器件表面半导体薄膜溶剂接收能量后迅速挥发，使半导体薄膜快速析出结晶，这样的操作方式不需要使用热处理，不需要退火等工艺，操作简单，转化更加均匀，不再受到加热均匀度的限制，也不再受到加热控温的限制，转化效率高；

2、本装置通过液体的传动箱传递能量，不仅对超声波震动具有缓冲的作用，还具有对发热的超声波震板冷却的作用，能温和地将震动能量传递给半导体膜，使其结晶，并且不需要在结晶过程添加任何溶剂，确保结晶的纯净度，提高半导体膜的能量均匀传导效率；

3、本装置能够在制备半导体膜的过程中，更换传动箱内的冷却液，能够更加及时的降温，确保半导体膜的制备过程的温度不会过高，从而能够确保半导体膜的表面结晶排布更加规则，不会受到过热的影响而导致产生晶体缺陷，并且能让钙钛矿薄膜可以在室温下发生自发均匀结晶，实现钙钛矿晶化薄膜的快速制备。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明内部结构示意图；

图3为本发明俯视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-底座，11-接线管，2-传动箱，21-进液管，22-出液管，23-器件结晶槽，3-超声波换能器，4-超声波震板。

具体实施方式

请参阅图1至3所示，本发明提供一种技术方案：一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，包括：

底座1，水平的稳定架设在工作台上；

超声波震板4，水平的架设在底座1顶部；

超声波换能器3，安装在底座1内部的超声波震板4底部，所述超声波换能器3与外接电源和控制器电连接；

传动箱2，为一密封腔体，水平的架设在超声波震板4顶部，顶部设有器件结晶槽23，所述器件结晶槽23为向下凹陷的凹槽，且所述器件结晶槽23不与传动箱2内部连通；

所述传动箱2上还分别开设了进液管21和出液管22，所述进液管21和出液管22都与传动箱2的内腔连通，能够优化的，便捷快速，更加效率，本装置生产成本更低，并且让钙钛矿薄膜可以在室温下发生结晶，降低钙钛矿薄膜因为受热而产生晶体缺陷的概率使分子结构发生改变的概率，使半导体薄膜快速结晶，生产设备简单，加热和退火工艺都不再需要，操作简单。

其中，传动箱2为不锈钢整体结构，所述传动箱2的顶部高于器件结晶槽23平面，材质强度更高，而且不易锈蚀，便于注入冷却液密封，同时器件结晶槽23内的器件不易抖动滑脱；

底座1内部设有电连接线，所述底座1的一侧设有接线管11，所述连接线设置在接线管11内，所述超声波换能器3通过连接线与外接控制器电连接，方便的外接控制设备和电源；

器件结晶槽23底部水平，所述器件结晶槽23的深度h在40mm-80mm之间，能够方便稳定的安置器件，方便的对器件上的粘稠状液态半导体薄膜进行震荡结晶；

进液管21和出液管22都固定设置在传动箱2顶部，所述进液管21和出液管22的顶端都高于传动箱2的顶部平面；

所述进液管21连通伸入在传动箱2的内腔顶部，所述出液管22连通伸入在传动箱2的内腔底部，所述进液管21和出液管22的顶端开口处都通过螺纹安装了密封盖，便于灌注和排出冷却液，同时又能方便的密封，使用过程避免泄露；

进液管21和出液管22的直径d大小相同，所述进液管21和出液管22的直径d都小于传动箱2与器件结晶槽23宽度差m的一半，避免进液管21和出液管22受到过大的震动，同时进出水不受影响；

超声波换能器3通过变频器调节频率，便于调节频率，使得不同材料的冷却液传导更匹配，并且半导体膜收到震动能量频率更吻合，结晶更加迅速；

传动箱2内注满冷却液，能够更迅速的对器件结晶槽23进行降温，同时能够更方便的将超声波换能器3的震动通过液体传递给器件结晶槽23内的器件，传递效果佳，冷却液为水或者乙醇。

在本发明的一个具体实施例中：

本发明实施例通过提供一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，本发明所解决的技术问题是：1、需要对半导体膜进行加热，还要多种溶剂，还需要退火等热处理操作，操作非常繁琐，而且这种热处理工艺，无法长时间批量化生产，而且生产要求高、能耗高、长时间工作稳定性差；2、溶剂和喷涂剂种类需要较多，容易在生产过程中使半导体膜结晶时含有更多种类的杂质，而半导体膜的光电性能很大程度都是受到材料纯度的影响；3、因为反复的使用热处理工艺使材料结晶而生产半导体膜，这样反复的热处理，会让结晶的半导体膜晶粒边界或内部存在着大量缺陷，从而使半导体膜的性能较大程度的受到晶体排布的影响，这是使用加热方式而产生结晶的不可避免的技术问题；

实现了的技术效果为：1、本发明通过超声波换能器3将电能转化为震荡能量，再通过超声波震板4将能量传递至传动箱2内的液体以及传动箱2，最终通过液体为放置于器件结晶槽23内的器件提供半导体薄膜结晶所需要的能量，从而使器件结晶槽23内的器件表面半导体薄膜液体接收能量后迅速挥发，使半导体薄膜表面结晶，这样的操作方式不需要使用热处理，不需要退火等工艺，操作简单，转化更加均匀，不再受到加热均匀度的限制，也不再受到加热控温的限制，转化效率高；

2、本装置通过液体的传动箱2传递能量，不仅对超声波震动具有缓冲的作用，还具有对发热的超声波震板4冷却的作用，能温和的将震动能量传递给半导体膜，使其结晶，并且不需要在结晶过程添加任何溶剂，确保结晶的纯净度，提高半导体膜的传导效率；

3、本装置能够在制备半导体膜的过程中，更换传动箱2内的冷却液，能够更加及时的降温，确保半导体膜的制备过程的温度不会过高，从而能够确保半导体膜的表面结晶排布更加规则，不会受到过热的影响而导产生晶体缺陷的概率，并且能让钙钛矿薄膜可以在室温下自发快速结晶。

本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明在安装制作时，先制作一个底座1，为方形箱体，最佳为不锈钢防腐蚀的稳定基座，内部中空，并且在其顶部固定安装超声波震板4，在超声波震板4的底部，也就是底座1内腔安装超声波换能器3，并且是能变频的超声波换能器3，超声波换能器3的电线通过接线管11接出在底座1外部，并通过外部的控制器的电源来对超声波换能器3进行变频或者电源开关的操作；

然后在超声波震板4的顶部安装传动箱2，超声波震板4的震动方向正对传动箱2底部，超声波震板4和传动箱2都要水平设置；

传动箱2为密封箱体，只有顶部连接了进液管21和出液管22，进液管21连通在传动箱2内腔顶部，便于注入冷却液，而出液管22连通在传动箱2内腔底部，便于抽出液体，同时能方便的使传动箱2内部冷却液的水循环，而进液管21和出液管22的顶端齐平，并且顶端都是高于传动箱2顶部的；

在传动箱2顶部还要开设一个凹槽作为器件结晶槽23，器件结晶槽23是向下凹陷的，顶部开口，并且器件结晶槽23与传动箱2内部相互隔离的，器件结晶槽23的槽体底部是水平设置的，便于放置器件。

本发明在使用时，先通过进液管21向传动箱2内注入冷却液，冷却液可以是水也可以是乙醇，注满后，通过带有螺纹的盖子将进液管21和出液管22都盖紧，使传动箱2内部完全密封，通过外接的电源和控制器来控制超声波换能器3的频率功率，然后启动超声波换能器3试验器件结晶槽23内的震动频率，然后关闭超声波换能器3，接下来将元器件平放入器件结晶槽23内，然后开启超声波换能器3，超声波换能器3将电能转化为震动能，通过超声波震板4将震动传递给传动箱2内的液体，并传递给器件结晶槽23，使器件上的半导体粘液迅速受到震动结晶，结晶纯度高，没有受到加热处理，而且传动箱2内的液体能够起到冷却作用，本装置能够连续生产，当传动箱2内的水或者乙醇受热过大时，可以开启进液管21和出液管22，生产时也可以更换传动箱2内的冷却液，能够更迅速的对传动箱2进行冷却，避免半导体膜结晶环境过热。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，其特征在于，包括：

底座(1)，水平的稳定架设在工作台上；

超声波震板(4)，水平的架设在底座(1)顶部；

超声波换能器(3)，安装在底座(1)内部的超声波震板(4)底部，所述超声波换能器(3)与外接电源和控制器电连接；

传动箱(2)，为一密封腔体，水平的架设在超声波震板(4)顶部，顶部设有器件结晶槽(23)，所述器件结晶槽(23)为向下凹陷的凹槽，且所述器件结晶槽(23)不与传动箱(2)内部连通；

所述传动箱(2)上还分别开设了进液管(21)和出液管(22)，所述进液管(21)和出液管(22)都与传动箱(2)的内腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，其特征在于：所述传动箱(2)为不锈钢整体结构，所述传动箱(2)的顶部高于器件结晶槽(23)平面。

3.根据权利要求1所述的一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，其特征在于：所述底座(1)内部设有电连接线，所述底座(1)的一侧设有接线管(11)，所述连接线设置在接线管(11)内，所述超声波换能器(3)通过连接线与外接控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，其特征在于：所述器件结晶槽(23)底部水平，所述器件结晶槽(23)的深度h在40mm-80mm之间。

5.根据权利要求1所述的一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，其特征在于：所述进液管(21)和出液管(22)都固定设置在传动箱(2)顶部，所述进液管(21)和出液管(22)的顶端都高于传动箱(2)的顶部平面；

所述进液管(21)连通伸入在传动箱(2)的内腔顶部，所述出液管(22)连通伸入在传动箱(2)的内腔底部，所述进液管(21)和出液管(22)的顶端开口处都通过螺纹安装了密封盖。

6.根据权利要求1所述的一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，其特征在于：所述进液管(21)和出液管(22)的直径d大小相同，所述进液管(21)和出液管(22)的直径d都小于传动箱(2)与器件结晶槽(23)宽度差m的一半。

7.根据权利要求1所述的一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，其特征在于：所述超声波换能器(3)通过变频器调节频率。

8.根据权利要求1所述的一种光电半导体薄膜的超声波振荡制备装置，其特征在于：所述传动箱(2)内注满冷却液。

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