[发明专利]一种Ⅳ-Ⅵ族红外半导体薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种IV‑VI族红外半导体薄膜的制备方法，采用气相外延法进行制备，该方法以含IV‑VI族元素的化合物为反应源，反应源还可包含VI族单质材料，以与IV‑VI族红外半导体晶体晶格对称性匹配的晶体基片作为基底，以氩气为载气，VI族单质反应源温度为100‑500℃，IV‑VI族化合物反应源的温度范围为600‑1000℃，基底温度范围为300‑600℃，生长时间不少于6分钟。本发明还公开了上述方法制备的IV‑VI族红外半导体薄膜，包括PbS、PbSe、PbTe、Pb_1‑xSn_xS、Pb_1‑xSn_xSe、Pb_1‑xSn_xTe薄膜，其中x代表原子百分比，IV‑VI族红外半导体薄膜的基底为与该种IV‑VI族红外半导体晶体晶格对称性匹配的晶体基片。本发明制备方法成本低、简便易行且效率高，制备得到的IV‑VI族红外半导体薄膜结晶质量高，缺陷密度低，表面均匀。

技术领域

本发明属于光电子半导体材料技术领域，具体涉及一种Ⅳ-Ⅵ族红外半导体薄膜及其制备方法。

背景技术

Ⅳ-Ⅵ族半导体是一类重要的半导体材料，包含PbS、PbSe、PbTe、Pb_1-xSn_xS、Pb_1-xSn_xSe、Pb_1-x Sn_xTe(x代表原子百分比)等，它们以单晶或多晶的形式被用作红外探测器的窗口。该类红外半导体的应用仍存在着诸如制备工艺复杂，晶体质量不高等问题。这严重限制该类红外半导体的应用。众所周知，缺陷、杂质等是半导体材料光电性能的主要影响因素。大量的缺陷不利于载流子的传输，降低器件的性能。尤其对于Ⅳ-Ⅵ族红外半导体具有窄的直接带隙，使其近室温下，电荷载流子的热能与跃迁能量可比拟，从而使热跃迁成为可能，而其作为红外光子探测器的半导体材料，热跃迁导致其噪音重，性噪比低。因此，高质量的Ⅳ-Ⅵ族红外半导体制备方法对其应用尤为重要。

常见Ⅳ-Ⅵ族红外半导体制备方法有化学浴沉积法，电化学沉积法、连续离子层吸附反应法、溶胶凝胶法、分子束外延等。作为制备铅盐薄膜的标准工艺，化学浴沉积法(CBD)制备Ⅳ-Ⅵ族半导体技术较为成熟，辅助于敏化工艺，可获得高灵敏度的Ⅳ-Ⅵ族半导体红外探测器，满足军事领域对器件性能的苛刻要求。然而，该方法制备的的Ⅳ-Ⅵ族半导体薄膜制备技术存在工艺复杂、薄膜表面粗糙、均匀度差、制作成本高、可重复操控性差、难于实现大面积制备等问题。

电化学沉积法，即通过阴极附件溶液中的金属离子放电形成更低价的金属离子或金属单质，金属单质可直接通过电结晶而沉积在阴极上，更低价金属离子则通过与溶液中阳离子结合形成沉淀而在阴极沉积下来。该方法成本较低且不会产生有毒气体，但由于是原电池原理，放电速率较慢，致使薄膜生长速率也较慢且受温度影响也较大，且晶体质量不高。

连续离子层吸附法是在化学浴沉积法和原子层外延生长的基础上发展起来的一种化学法成膜技术，采用独立的离子前驱体，使得溶液中不能形成沉淀物的团簇体，从而避免均相沉积机理的影响，在非均相沉积机理的控制下，得到均一性好，致密度高的薄膜。虽然此方法可大面积沉积薄膜，但生长速率缓慢，产率也难于控制。

溶胶凝胶法是将金属醇盐或其它盐类溶解溶解在醇、醚等有机溶剂中形成均匀的溶液，溶液通过水解和缩聚反应形成溶胶，进一步的聚合反应经过溶胶-凝胶反应形成凝胶，将凝胶热处理除去剩余的有机物和水分，最终形成所需的薄膜。该方法所使用的价格昂贵且溶胶-凝胶过程所需时间较长。