[发明专利]一种x形-片状晶交叉结构硫化铜薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硫化铜薄膜的制备方法，具体涉及一种x形-片状晶交叉结构硫化铜薄膜的制备方法。

背景技术

过渡金属硫化物因在半导体、发光装置及超导等方面具有潜在的应用价值而受到科研工作者的极大兴趣。CuS是很重要的p型半导体，带隙能为1.2eV。由于具有优异的传导性、电学、光学性质，被广泛地应用在热电偶、滤光器、太阳能电池、传感器和催化等领域。

目前制备硫化物薄膜的方法主要有连续离子层吸附反应法[M.Ali Yildirim，Aytunc Ates，，Aykut Astam.Annealing and light effect onstructural，optical and electrical properties of CuS，CuZnS and ZnS thinfilms grown by the SILAR method[J].Physica.E，2009，41：1365-1372.]、化学浴法[Qi Liua，Mao Guobing，Ao Jianping.Chemicalbath-deposited ZnS thin films：Preparation and characterization[J].Applied Surface Science，2008，254：5711-5714.]、等离子体法[Y.Rodríguez-Lazcano，H.Martínez，et al.Properties of CuS thin filmstreated in air plasma[J].Thin Solid Films，2009，517：5951-5955.]、喷雾热解法[Cristina Nagcu，Ileana Pop，et al.Spray pyrolysis deposition ofCuS thin films[J].Materials Letters，1997，32：73-77.]等。然而这些方法通常需要特殊的仪器，或者需要严格的实验条件和比较长的反应时间。而且由于在合成硫化铜的过程中有大量的H₂S气体生成，如反应敞开体系中进行，则不可避免地会对环境造成一定的污染。在因此，寻找一种易于操作，环境友好和成本低廉的方法显得颇为重要。

发明内容

本发明的目的是提出一种采用二次微波水热制备x形-片状晶交叉结构硫化铜薄膜的方法。该制备方法反应周期短、反应温度低，环境友好，成本低廉，并且操作简单，重复性好，所制备的薄膜均匀，结晶度高，低缺陷，性能良好。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)将玻璃基板浸泡在稀盐酸中，使用超声波震荡30min～60min后，用蒸馏水洗涤三次，然后将基板置于浓硫酸、双氧水与去离子水的混合溶液中，静置24-72h，取出后用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，再用N₂吹干，放置备用；

其中浓硫酸、双氧水与去离子水的体积比为1∶1∶1；

2)将分析纯的可溶性铜盐加入到去离子水中，制成Cu²⁺浓度为0.003mol/L-0.1mol/L的透明溶液，然后再加入乙二胺四乙酸(EDTA)，使得溶液中[Cu²⁺]∶[EDTA]＝5～10∶1，得溶液A；

3)向溶液A中加入分析纯的硫源(硫脲(SC(NH₂)₂)或硫代乙酰胺(H₃CCSNH₂))，使溶液中硫源的浓度为0.006mol/L-1.0mol/L，得溶液B；

4)向溶液B中加入氨水(NH₃·H₂O)，调节其pH值为3～5，形成前驱物溶液C；

5)将前驱物溶液C倒入微波水热反应釜中，填充度为50％-80％，然后将之前处理过的玻璃基板垂直放入反应釜中，密封后将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式进行反应，将反应温度控制在100-150℃，反应时间控制在30-90min，反应结束后自然冷却到室温；

6)打开反应釜，取出基板，然后将0.5-2mol/L的NaOH溶液转入微波水热反应釜中，密封后将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式进行二次结晶，反应温度为150-200℃，结晶时间为1h-2h，反应结束后自然冷却室温；

7)将基板取出，在40℃下真空干燥得到最终产物x形-片状晶交叉结构硫化铜薄膜。

所述的可溶性铜盐为硝酸铜或醋酸铜。