[发明专利]碲化镉薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碲化镉薄膜制备方法，属于材料镀覆技术领域。

背景技术

碲化镉(CdTe)是II-VI族化合物中的重要材料，具有n型和p型两种导电类型，而且两种载流子的迁移率都较好，目前广泛运用于制备电子器件。同时，CdTe薄膜具有直接带隙结构，能隙值为1.45eV，正好位于理想太阳能电池的能隙范围，其吸光系数(对波长小于吸收边的光)极大，使得CdTe薄膜又成为可以获得高效率的理想太阳能电池材料之一。

目前碲化镉薄膜的制备方法比较多，常见的有电化学沉积法、射频溅射法、真空蒸发法、喷涂热分解法、近空间升华法等。近空间升华法因设备简单，实验室工艺容易推广至工业化生产，因此目前CdTe薄膜大多采用这种方法制备。近空间升华方法的基本过程是加热CdTe化学源使其升华，分解为Cd、Te₂蒸气气体而上升，随后他们遇到较冷的衬底表面而凝华形成CdTe薄膜。通过改变CdTe化学源和衬底的温度、温度差、化学源和衬底之间的距离、沉积室中外来气体气氛参数和气压等参数，可控制沉积率在0.1～10um/min。

据申请人了解，目前与碲化镉薄膜制备有关的专利文献报道有：1)申请号200580028243.5的中国专利报道了一种在大气压下涂覆衬底的方法，该方法在大气压下，多次引导蒸发的半导体材料凝结在低温衬底上，该方法只是提供了在衬底上多次凝结多层半导体材料，并不是专门针对碲化镉薄制备的方法，而且该方法制备的半导体材料层不具有织构好、大晶粒的特点；2)申请号200880128189.5的中国专利报道了一种多晶电子器件，该器件在有织构的金属、合金、氮化物、硼化物、氧化物、氟化物、碳化物、硅化物及金属合金衬底上得到单轴织构的、双轴织构的及三轴织构的碲化镉薄膜，该器件上形成的碲化镉薄膜虽然织构好、晶粒尺寸大，但却依赖于金属衬底织构，形成的多晶薄膜因容易产生晶格失配而容易老化；3)申请号200880128189.5的中国专利报道了一种多段式硫化镉薄膜沉积方法，该方法是用化学浴沉积多层硫化镉薄膜，与现有碲化镉薄膜制备方法完全不同。

综上，现有碲化镉薄膜制备技术中，要么只能制出小晶粒但织构好的碲化镉薄膜，要么只能制出大晶粒但织构差的碲化镉薄膜，要么依赖于高织构衬底，要么多晶薄膜的晶格容易失配而老化，均无法制出大晶粒且织构好的碲化镉薄膜；而且，更难以在无织构的非晶衬底上(如玻璃)直接制出大晶粒且织构好的碲化镉薄膜。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出了一种大晶粒、织构好、晶格不易失配且在普通玻璃上能够生长的低成本碲化镉薄膜制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种碲化镉薄膜制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将衬底和碲化镉粉末源放入近空间升华装置的真空室中，调节碲化镉粉末源和衬底的距离为1～4mm，调节所述真空室中的气压为1000～10Pa，对碲化镉粉末源和衬底进行第一次加热，控制碲化镉粉末源的加热温度为500～630℃，控制衬底的加热温度为400～570℃，温度到达之后保持3-5分钟，然后自然冷却降至室温；

步骤二：调节所述真空室中的气压为0.1～10Pa，对碲化镉粉末源和衬底进行第二次加热，控制碲化镉粉末源的加热温度为570～650℃，控制衬底的加热温度为400～570℃，温度到达之后保持5分钟；

步骤三：控制碲化镉粉末源和衬底同时冷却降至300～400℃保持20-50分钟，进行退火；

步骤四：最后自然冷却降至室温；

整个过程不使用保护气。

本发明上述技术方案的原理及有益效果是：

1)步骤一中采用高气压(控制近空间升华装置真空室的气压即可控制真空室的真空度)可以增加含氧量，使得碲化镉易被氧化而生成晶核，从而可以先生成高织构、小晶粒的碲化镉多晶薄膜。

2)紧接着步骤二中，调整气压降低以减少含氧量，从而可以减少再次进行碲化镉晶粒生成时的晶核，使碲化镉晶粒的再次成长速度大于成核速度；同时又可以使再次生成的碲化镉晶粒沿着先生成的高织构碲化镉晶粒继续生长。由于碲化镉晶粒是稳定的立方相，前后二次生长的碲化镉晶粒都是同相，因此有助于后次生长的碲化镉晶粒可以在二个或二个以上的前次生长的碲化镉晶粒上进行合成生长；从而使得后次生长的晶粒尺寸增大并且保持高织构。