化学浴沉积法制备硫化铜薄膜的研究

发布时间：2020-07-13 09:07

【摘要】：硫化铜是一种非常重要的p型半导体材料,具有出色的电磁学、光学特性,广泛应用于太阳能电池、光电转换开关、气敏传感器和光催化等领域。本文探索采用一种低温、环境友好的合成路线—化学浴沉积法(CBD)制备硫化铜薄膜。详细研究了化学浴沉积工艺参数,如溶液配比、pH、浓度、沉积温度和时间等对薄膜结构、厚度、形貌和光学性能的影响规律。研究发现沉积温度在65℃-70℃范围内,沉积2.5 h-3.0 h,pH在8.5-8.8之间可成功获得均匀致密的CuS薄膜;所制得的薄膜由垂直竖立于衬底表面的六方片状纳米片组成,薄膜表面光亮,可见光透过率达35%以上。通过控制反应参数,可制得厚度从40 nm至280 nm变化的CuS薄膜。研究结果表明溶液pH、配比和浓度均可通过调节溶液中游离态离子浓度从而调控异质成核和薄膜生长速率。pH从7.0升高至9.0,所得薄膜厚度从66 nm增加至150 nm,而透过率由78%降至50%;进一步调高pH,所得薄膜厚度反而降低,相应透过率增加。随着Cu~(2+)与C_6H_5O_7~(3-)比例的降低,所得薄膜从160 nm逐渐增加到280 nm,透过率从43%降至10%以下;随着Cu~(2+)与S~(2-)比例的升高,薄膜厚度从150 nm增至280 nm,而透过率从20%降至3%;当Cu~(2+):C_6H_5O_7~(3-):S~(2-)=1:3/2:2时,随着溶液浓度增加,薄膜厚度逐渐增加至150 nm,透过率从50%降至38%。随着沉积温度升高,薄膜厚度从50 nm增至150 nm,并且在50℃-65℃范围厚度增长缓慢,65℃-80℃范围厚度随温度急剧增加,而透过率从54%降至35%,说明升高温度可加快沉积速率;而温度超过80℃后,膜厚反而降低,透过率增加,说明进一步升高温度导致均匀成核消耗大量原料,不利于薄膜的沉积生长。延长沉积时间,膜厚迅速增加,最后趋于平缓,膜厚达到最大值200 nm,相应透过率逐渐降低,由60%(沉积30 min薄膜)下降至38%(沉积5 h薄膜),符合化学浴沉积法制备薄膜的自催化动力学行为。这种低温低耗、环境友好的化学合成路线可以进一步扩大到其他半导体薄膜的制备研究。
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN304;TB383.2
【图文】：

液相薄膜,半导体薄膜,学位论文,中能

学位论文积法（Chemical Bath Deposition）简介法是将衬底(玻璃、石英等)浸入含有金属阳离液中，获得半导体薄膜的一种液相薄膜沉积技（CBD）特点D 技术引受到了人们的广泛关注，主要是因为应装置比较简单，只需要一个带有磁转子的加，这从很大程度上降低了实验过程中能量的消环境的污染[1]。

生长模式,化学浴

图 1.2 CBD 生长模式化学浴沉积（CBD）的历史背景早的关于 Chemical Bath Deposition(CBD)技术的报道可追溯到 1884 年在(SC(NH2)2)的溶液中首次制备出 PbS 薄膜的报道，在这篇文章中第一次化学浴沉积(Chemical Bath Deposition)”的概念：现在它用作通过控制固体力学而不用改变金属氧化态，由简单浸没生长固体薄膜技术的同属名称

反应过程

Gary Hodes 教授和瑞士的 Gion Calzafrri 教授在 Advanced functional mat上发表了一篇用 CBD 法制备卤化银薄膜的文章，拓展了用 CBD 方法制领域。最近古巴和西班牙的一些工作人员通过微波化学浴沉积(Microemical Bath Deposition(简称 MW-CBD)制备出了二氧化钛(TiO2)薄膜，进一用 CBD 方法制备薄膜的领域。但是，在现有的 CBD 方法制膜过程中，需要将处理过的衬底持续浸渍属离子和负离子源的化学前驱液中，这造成溶液中必然会产生一定量的溶液中反应物向薄膜转化过程中的效率很低，这就是 CBD 法制备薄膜缺点。例如用 CBD 法制备 CdS 薄膜，反应物中被沉积到薄膜结构中的量只有不到 2%，而大量的铬离子在溶液中形成沉淀。而且在制备 CdS中，常常需要用到高浓度的氨水，而高浓度的氨水挥发性很强，挥发出对环境有害。正因为如此，国内外的科研工作者都尽力改进该方法，从应物转化成薄膜的效率和减少对环境的危害。印度的 C.D. Lokhand 教授种改进的化学浴沉积方法(Sequntial Chemical Bath Deposition，简称 S-C过程如图 1.3 所示。

【相似文献】