[发明专利]一种调节含氢非晶碳薄膜带隙宽度的方法

说明书

本发明公开了一种调节含氢非晶碳薄膜带隙宽度的方法，涉及半导体材料技术领域，包括以下步骤：将透明玻璃衬底固定在磁控溅射系统的石墨加热衬底上，进行预加热；对溅射系统腔室抽真空；通入氩气至溅射系统腔室内作为等离子体的工作气体；对溅射系统腔室中通入氮气分压为一定比例的甲烷与氮气混合气作为含氢非晶碳薄膜的反应气体源；开启射频电源，调节溅射系统腔室内压强，实现辉光放电，进行含氢非晶碳薄膜沉积。通过采用调节氮气分压的方法，能够较大程度的改变非晶碳薄膜的光学带隙，同时对非晶碳薄膜的其它性能影响较小，而且通过改变氮气的分压比例能够有选择性的调节薄膜光学带隙。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，更具体地说，它涉及一种调节含氢非晶碳薄膜带隙宽度的方法。

背景技术

含氢非晶碳薄膜（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，因此具有很大的应用潜力。

目前利用磁控溅射法制备含氢非晶碳薄膜，调节含氢非晶碳薄膜带隙宽度的方法包括调节磁控溅射功率和改变衬底温度等，然而这些方法对于非晶碳薄膜的其它特性例如电学性能及表面形貌的影响较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够较大程度改变光学带隙，同时对于非晶碳薄膜的其它性能影响较小，能够有选择性的调节非晶碳薄膜光学带隙的方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种调节含氢非晶碳薄膜带隙宽度的方法，采用射频磁控溅射方法在透明玻璃上制备非晶碳薄膜,包括以下步骤：

S1:将透明玻璃衬底固定在磁控溅射系统的石墨加热衬底上，进行预加热；

S2:对溅射系统腔室抽真空；

S3:通入氩气至溅射系统腔室内作为等离子体的工作气体；

S4:对溅射系统腔室中通入氮气分压为一定比例的甲烷与氮气混合气作为含氢非晶碳薄膜的反应气体源；

S5:开启射频电源，调节溅射系统腔室内压强，实现辉光放电，进行含氢非晶碳薄膜沉积；

S6:通过对S4中的氮气分压进行调节，使氮气分压在0%-9%范围内变化，实现含氢非晶碳薄膜带隙宽度的在1.0~2.0eV范围内变化。

作为本发明进一步的方案：S5中所述非晶碳薄膜沉积在透明玻璃衬底表面，所述非晶碳薄膜的厚度为1000~2000nm。

作为本发明进一步的方案：S1中所述透明玻璃衬底的预加热温度为200℃。

作为本发明进一步的方案：非晶碳薄膜沉积时的透明玻璃衬底的温度为200℃。

作为本发明进一步的方案：所述非晶碳薄膜的制备采用纯度99.999%的石墨盘作为磁控溅射靶材。

作为本发明进一步的方案：S2中所述溅射系统腔室的真空度为10^-5Pa量级。

作为本发明进一步的方案：S3中所述氩气的流量为1-10sccm。

作为本发明进一步的方案：S4中所述甲烷通入溅射系统腔室的流量为1-10sccm，所述氮气通入溅射系统腔室的流量为1-10sccm。

作为本发明进一步的方案：S5中所述溅射系统腔室内的压强为0.7Pa。

作为本发明进一步的方案：S5中所述射频电源的功率为150W。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：