[发明专利]一种取向纳米晶ZnTe晶体的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种取向纳米晶ZnTe晶体的制备方法，属纳米晶光电材料的新材料领域。

背景技术

碲化锌（ZnTe）是一种性能优异的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料，在室温下的禁带宽度为2.26eV，且具有直接带隙、可重掺杂性等优点。在薄膜太阳能电池、半导体发光器件、蓝绿发光二极管、光波导及调制器等方面具有广泛的应用前景。

取向纳米晶ZnTe晶体因为相对高的各向异性而显示的高透过率和较强的激发光谱，在光电显示和太阳能窗口层等领域中有广泛的潜在应用。取向纳米晶ZnTe晶体的性能与所用的制备工艺方法有很大的关系，其晶体的质量与退火环境、温度密切相关。

传统的ZnTe晶体生长条件要求高，温度高达1100℃，由于过高的生长温度引起蒸汽压升高，从而影响到使得生长过程容易引起爆炸，工艺成本增加，所制备的ZnTe晶体也会存在过高的热缺陷，导致光学性能下降。

本发明提出室温溅射和原位退火的工艺，既解决了晶体生长温度和蒸汽压过高的难题，又为晶体生长取向控制提供了条件。

发明内容

本发明的目的为了解决上述的技术问题而提供一种取向纳米晶ZnTe晶体的制备方法，即通过改变衬底材料，并在室温下溅射及原位退火，从而制备具有晶体学取向性的纳米晶ZnTe晶体，即达到了控制晶体结晶质量的目的，提高了其发光特性，又能有效控制晶体生长方向。

本发明的技术方案

一种取向纳米晶ZnTe晶体的制备方法，其制备过程包括下列步骤：

（1）、以纯度高于99.999%的金属Zn和Te为原料，按照原子比1:1的比例配料，采用高能行星式球磨设备对原料进行均匀混合，混料时间为4h，将混合后的原料置于真空为10^-3Pa的真空熔炼炉中，熔炼炉加热到1200℃进行熔炼，熔炼完成后再精炼20min后浇铸，即得到ZnTe合金料；

（2）、将步骤（1）所得的ZnTe合金料浇铸在内径为20mm的柱状模具中，随炉冷却到室温，形成ZnTe合金棒料；

（3）、将步骤（2）所得的ZnTe合金棒料加工成直径20mm，高10mm，形成ZnTe合金靶材；

（4）、将步骤（3）所形成的ZnTe合金靶材在去离子水中超声清洗60min，然后用吹风机烘干；

（5）、将步骤（4）处理后ZnTe合金靶材用导电银胶粘在脉冲激光沉积设备的靶材载物台上，用吹风机烘干导电银胶后，放置到脉冲激光沉积设备的靶材载物台的基座上；

（6）、用5mm×5mm的普通玻璃、蓝宝石或单晶硅作为衬底，将衬底放入丙酮溶液中超声清洗15min，用去离子水冲洗干净后用吹风机吹干；

（7）、将步骤（6）处理后衬底用导电银胶粘在脉冲激光沉积设备的衬底载物台上，用吹风机烘干导电银胶后，放置到脉冲激光沉积设备的衬底载物台的基架上；

（8）、靶材和衬底放置完成后，调整靶材与衬底距离设置为5cm，控制脉冲激光沉积设备的真空度为10^-3Pa，将靶材和衬底以50~120r/min进行旋转；

（9）、溅射态ZnTe薄膜的制备

将经过步骤（8）调整的靶材和衬底在脉冲激光沉积设备上控制溅射温度为室温，脉冲激光能量密度为2～5J/cm²，优选2～3J/cm²，溅射时间为60～120min进行溅射，得到溅射态ZnTe薄膜；

所述的脉冲激光沉积设备，包括准分子激光器和真空镀膜系统，调整准分子激光器中激光发射路线，使其通过真空镀膜系统的激光入射窗口，聚焦在靶材位置，溅射过程的具体操作如下：

先后启动真空镀膜系统的机械泵、分子泵，真空度达10^-3Pa；再启动靶材和衬底旋转，调整转速；用真空镀膜系统的遮挡板遮住衬底，启动激光发射器，调整脉冲激光能量；溅射靶材表面污染层5min后，移走遮挡板，开始进行溅射，溅射时间为60~120min；溅射后依次关闭激光发射器、靶材和衬底旋转、分子泵、机械泵；打开真空镀膜系统的真空室，取出溅射态ZnTe薄膜；

（10）、将通过（9）所得的溅射态ZnTe薄膜在30~400℃下，优选250～400℃进行原位退火处理，可得到取向纳米晶ZnTe晶体。

上述的一种取向纳米晶ZnTe晶体的制备方法所得的一种取向纳米晶ZnTe晶体，其晶粒尺寸约为20～60nm，优选35～40 nm，所得的一种取向纳米晶ZnTe晶体具有<110>和<111>取向。