[发明专利]一种带隙可调的非晶碳薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种带隙可调的非晶碳薄膜及其制备方法，在磁控溅射设备上，以透明玻璃为衬底，使用纯度99.999%的石墨盘作为磁控溅射靶材，衬底与靶材之间的距离为75mm；对衬底进行预加热，预加热温度为200℃；溅射系统腔室抽真空，真空度为10^‑5 Pa量级；通入氩气至腔室内作为等离子体的反应气体，氩气的流量为1.7 sccm；通入正丁烷作为磁控溅射过程中的反应源气体，正丁烷通入腔室的流量为9‑10 sccm；开启射频电源，调节腔室内压强为0.7 Pa，调节射频电源的功率为30‑200W，实现辉光放电，进行非晶碳薄膜沉积，得到带隙不同的非晶碳薄膜。本发明采用气体源+固体源的方法制备非晶碳薄膜，成膜速度快，薄膜的平整度高，制备的非晶碳薄膜可作为光伏电池吸收层材料应用。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，尤其涉及一种带隙可调的非晶碳薄膜及其制备方法。

背景技术

非晶碳薄膜（a-C:H）是一种应用很广泛的薄膜材料，该材料的物理及化学性质如机械硬度、透明度、热导率、摩擦系数等可以在很大范围内调控，因此可作为摩擦保护层、辐射保护层等应用于诸多领域。同时非晶碳薄膜也可应用于半导体光伏领域，如作为表面抗反射层或者作为光伏电池的吸收层材料。非晶碳薄膜作为光伏电池吸收层材料具有材料成本低，带隙可调等优点，具有很大的应用潜力。本发明正是基于这一应用进行的研发。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种带隙可调的非晶碳薄膜及其制备方法，该非晶碳薄膜带隙宽度1.4-2.0 eV，可作为光伏电池吸收层材料应用，并且成膜速度快，薄膜的平整度高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种带隙可调的非晶碳薄膜，所述非晶碳薄膜采用射频磁控溅射方法在透明玻璃衬底上制备，制备过程中采用纯度99.999%的石墨盘作为磁控溅射靶材，采用正丁烷作为磁控溅射过程中的反应气体源，控制射频电源功率为30-200 W，所述非晶碳薄膜的带隙宽度为1.4-2.0 eV。

在上述技术方案中，所述非晶碳薄膜的厚度为200-1000 nm。

本发明提供了一种带隙可调的非晶碳薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）在磁控溅射设备上，以透明玻璃为衬底，使用纯度99.999%的石墨盘作为磁控溅射靶材，衬底与靶材之间的距离为75mm；

（2）对衬底进行预加热；

（3）溅射系统腔室抽真空；

（4）通入氩气至腔室内作为等离子体的反应气体；

（5）通入正丁烷作为磁控溅射过程中的反应源气体；

（6）开启射频电源，调节腔室内压强，实现辉光放电，进行非晶碳薄膜沉积，并通过调节射频电源的功率得到带隙不同的非晶碳薄膜。

在上述技术方案中，在步骤（2）中，衬底的预加热温度为200 ℃。

在上述技术方案中，在步骤（3）中，腔室内真空度为10^-5 Pa量级。

在上述技术方案中，在步骤（4）中，氩气的流量为1.7 sccm。

在上述技术方案中，在步骤（5）中，正丁烷通入腔室的流量为9-10 sccm。

在上述技术方案中，在步骤（6）中，腔室内压强为0.7 Pa。

在上述技术方案中，在步骤（6）中，射频电源功率为30-200 W。