[发明专利]一种铟铝共掺硫化锌薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铟铝共掺硫化锌薄膜的及其制备方法，所述制备方法以下步骤：基片清洗：通过超声波反复震荡清洗玻璃基片，然后烘干玻璃基片；本征ZnS材料第一次蒸镀：在真空环境中，通过电子束在玻璃基片上蒸镀ZnS材料，形成第一层薄膜；铟铝掺杂：当形成第一层薄膜后，首先在第一层薄膜上真空蒸镀单质In，蒸镀单质In后，再次通过电子束蒸镀ZnS材料，形成第二层薄膜；在第二层薄膜上真空蒸镀Al单质；本征ZnS材料第三次蒸镀：蒸镀Al单质后，再次通过电子束蒸镀ZnS材料，形成第三层薄膜，得到掺杂硫化锌薄膜；快速退火：通过在氩气对得到的掺杂硫化锌薄膜进行退火。通过真空电子束蒸发制备的铟铝掺杂硫化锌薄膜，成份易控制，成本低，产品性能优良。

技术领域

本发明涉及硫化锌薄膜制备技术领域，特别涉及一种铟铝共掺硫化锌薄膜及其制备方法。

背景技术

ZnS是一种Ⅱ-Ⅵ主族直接宽禁带半导体材料，在室温条件下其光学带隙约为3.7eV。由于地球上ZnS原料丰富且ZnS具有优越的光电性、良好的压电性及气敏性，同时还具备易掺杂与控制的特点，因而在现实中ZnS已获重要应用。

自20世纪90年代开始，国内外的许多研究组就通过掺杂的方法对ZnS薄膜进行改性，目前主要研究的掺杂元素为Ag、Al、Mn、Fe、Cu等，如2008年，P.Prathap课题组运用近空间蒸发法制备ZnS:Al薄膜并研究其性能，该课题组制备的薄膜电学率可低至24Ω·cm，但在光学性能上表现不良，可见光区的透过率在65％-91％范围内剧烈波动。同年，K.Nagamani课题组又对这一课题进行了更加深入的研究，并且采用了较为廉价的化学方法制备得到了光学透过率为85％的ZnS薄膜，其禁带宽度变化范围为3.54-3.76eV，但电学性能表现不佳。

而目前对于ZnS薄膜的制备方法层出不穷，如化学气相沉积法(CVD)，优点是具有薄膜生长速率快、薄膜性能好及杂质能级容易控制，但其所要求的基体温度较高且易自掺杂，从而不可避免地出现质量降低问题；化学水浴法(CBD)，优点是能在常压、低温(30-90℃)简单易控制的条件下通过控制化学反应和沉积液的络合，从而在衬底上沉积薄膜，缺点是薄膜质量不佳，尤其是电学性能的可调节范围窄；磁控溅射法，优点是薄膜质量好，缺点是制备周期长、成本高。

发明内容

为此，需要提供一种铟铝共掺硫化锌薄膜及其制备方法，解决现有的硫化锌薄膜制备方法制备得到的硫化锌薄膜存在的质量低、电学性能可调节范围窄以及周期长成本高的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种铟铝共掺硫化锌薄膜的制备方法，以下步骤：

基片清洗：通过超声波反复震荡清洗玻璃基片，然后烘干玻璃基片；

本征ZnS材料第一次蒸镀：在真空环境中，通过电子束在玻璃基片上蒸镀ZnS材料，形成第一层薄膜；

铟铝掺杂：当形成第一层薄膜后，首先在第一层薄膜上真空蒸镀单质In，蒸镀单质In后，再次通过电子束蒸镀ZnS材料，形成第二层薄膜；在第二层薄膜上真空蒸镀Al单质；

本征ZnS材料第三次蒸镀：蒸镀Al单质后，再次通过电子束蒸镀ZnS材料，形成第三层薄膜，得到掺杂硫化锌薄膜；

快速退火：通过在氩气对得到的掺杂硫化锌薄膜进行退火。

进一步优化，所述基片清洗具体包括以下步骤：

对玻璃基片分别通过去离子水超声清洗15分钟、丙酮超声清洗15分钟、乙醇超声清洗15分钟、丙酮超声清洗15分钟、乙醇超声清洗15分钟、丙酮超声清洗15分钟、乙醇超声清洗15分钟、去离子水超声清洗15分钟后，在烘箱中烘干30分钟。

进一步优化，所述第一层薄膜及第三层薄膜的厚度均为100nm，所述第二层薄膜的厚度为40nm，所述In单质的蒸镀厚度为2.5nm，所述Al单质的蒸镀厚度为3.7nm。