[发明专利]一种制备禁带宽度可调的硒化物薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硒化物薄膜的制备方法。

背景技术

禁带宽度(E_g)是材料一个极其重要的物理量，很大程度上决定了材料的特性，如材料的本征吸收长波限、光电导截止波长、发光器件的光谱特性等。禁带宽度指材料价带顶部和导带底部之间的能量差。当入射光的光子能量超过禁带宽度时，光子被材料吸收激发电子从价带跃迁进入导带，材料的导电性能提高，光被大量吸收。因此，调节材料的禁带宽度能显著改变材料的光学、电学特性，进而调节相应器件的发光、光吸收及电子输运特性，使材料应用于透明光电器件、发光二极管、红外探测器等很多方面。

调节透明光电材料的禁带宽度可改变透射光的最短波长。以Ga_2(1-x)In_2xO₃为例，改变Ga₂O₃或In₂O₃的含量比例，材料的禁带宽度可由3.7eV变化到4.9eV，相应可透过的最短紫外光波长由380nm扩展到266nm，扩大了器件在紫外光波段的使用范围。纯Ga₂O₃(E_g＝4.9eV)和纯In₂O₃(E_g＝3.7eV)的带隙宽度值随制备条件略有不同，无法通过制备过程调节。

调节发光二极管(LED)使用发光材料的禁带宽度可改变发射光颜色，增加发光材料的禁带宽度，对应器件发射光波长变短。对结晶的ZnO(E_g＝3.4eV)掺入MgO(E_g＝7.8eV)形成Zn_xMg_1-xO固溶体，能够增加ZnO材料的禁带宽度，使ZnO基发光器件的发光波长变短，扩宽材料在紫外光波段的应用范围。用BeO(E_g＝10.8eV)和MgO共掺能进一步使ZnO基材料的的禁带宽度在3.3～10.8eV连续可调，进一步扩大ZnO基器件的应用范围。

总之，对晶态物质禁带宽度的调节主要采用掺杂的方法，禁带宽度的调节量通过改变杂质掺入量来控制。该法的优点在于：掺杂获得的新材料性能稳定，质量可靠。缺点在于母体材料需要较高的结晶质量，掺杂元素和母体元素结合易生成杂相，降低材料的性能。使用的材料为薄膜形态时，需要合适的衬底，否则薄膜性能会大幅度衰退。以应用于红外探测器的InAs_xSb_1-x晶体薄膜为例，因至今未找到与其晶格匹配的衬底，衬底与InAs_xSb_1-x晶格失配严重，导致InAs_xSb_1-x红外探测器的器件成品率低，使用寿命短。

非晶态物质在结构和性能上与晶态物质有巨大差别。相比于晶态物质原子排列的长程有序，非晶态物质的原子排列仅在几个晶格常数范围内短程有序。非晶态物质内部含有大量未被饱和的悬挂键，其电学性质，光学性质及材料性能参数灵敏地依赖于制备条件，性能和工艺重复性需精确控制。氢化非晶硅(α-Si:H)是非晶态薄膜得到广泛应用的材料。因未掺杂α-Si中存在大量悬挂键缺陷，无法实际应用。需在非晶硅薄膜制备过程中引入H(α-Si:H)后，方能用作光电薄膜器件。α-Si:H薄膜电导率和导电类型的调节通过掺杂P和B获得，同时引入N，C，Ge等元素，可改变α-Si:H薄膜的禁带宽度，调节材料的折射率或透过波长。但这种通过掺杂改变非晶态薄膜禁带宽度的方法，需要精确控制掺杂物质的量，对设备要求高，工艺复杂。并且掺杂物往往是有毒物质，既污染环境也危害操作人员的健康。

利用非晶态二元化合物薄膜实现禁带宽度的有效调节是一个崭新的应用方向，具有极高的应用前景，急待开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备禁带宽度可调的硒化物薄膜的方法，该方法能通过调节制备过程中的工艺参数实现硒化物薄膜的禁带宽度的调节，而无需进行掺入任何杂质元素，其制备工艺简单，对设备要求低，环保节能。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种制备禁带宽度可调的硒化物薄膜的方法，所述的硒化物薄膜为非晶态，组成通式为In_xSe_1-x，0.3≤x≤0.6，其作法是：对结晶态的In₂Se₃靶进行射频磁控溅射，沉积的薄膜即为所述的硒化物薄膜；调节溅射过程中的工艺参数即可调节制备物的禁带宽度。