[发明专利]一种成分连续渐变的半导体合金薄膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种成分连续渐变的半导体合金薄膜，其特征在于，所述半导体合金薄膜的成分为三元硫硒化合物；

记位于所述半导体合金薄膜表面上、且沿半导体合金薄膜表面的硒元素含量保持不变的方向为Y轴方向，记该半导体合金薄膜的厚度方向为Z轴方向，并且记位于该半导体合金薄膜表面上、且与所述Y轴、所述Z轴分别垂直的方向为X轴方向；

所述半导体合金薄膜中硒元素的原子个数占合金薄膜中硒和硫的原子总数之比在X轴方向上连续渐变，在Y轴和Z轴方向上保持不变。

2.如权利要求1所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜，其特征在于，所述的硫硒化合物为Sb₂(Se_xS_1-x)₃或Bi₂(Se_xS_1-x)₃，其中0<x<1。

3.如权利要求2所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜，其特征在于，所述的硫硒化合物Sb₂(Se_xS_1-x)₃中硒元素的摩尔百分比x在X轴方向连续渐变的范围为0.09-0.84；所述薄膜在X轴方向的长度为5.5-6.5cm，在Y轴方向的宽度为2-5cm，在Z轴方向的厚度为280nm-550nm。

4.如权利要求1-3任一所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜应用，其特征在于，所述薄膜作为吸收层应用于太阳能电池或光电探测器。

5.如权利要求1所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选用玻璃、导电玻璃或半导体氧化物薄膜作为衬底，洗净后在400-500℃条件下加热；

(2)将硫化物粉末均匀撒在一块玻璃片上，将硒化物粉末均匀撒在另一块玻璃片上，使单位面积上的粉末的物质的量不仅在各自玻璃片上相等，而且在两块玻璃片上也相等，且均为0.1-0.12mmol/cm²；即得到两个平面蒸发源；

(3)将步骤(2)中得到的两个平面蒸发源拼接放在氮化铝薄片上，并置于快速热蒸发设备托盘支架底部，将步骤(1)所述的衬底倒扣在托盘支架上，衬底背部上面加一块导热盖板，抽真空，然后进行薄膜沉积；所述薄膜沉积过程包括预热阶段和蒸发阶段，所述预热阶段的蒸发源的温度为200-350℃，该预热阶段的处理时间为600-900s；所述蒸发阶段的蒸发源的温度为500-600℃，该蒸发阶段的处理时间为20-40s；所述蒸发阶段是在真空度为3-8mTorr的条件下进行的，所述蒸发阶段结束即得到成分连续渐变的半导体合金薄膜。

6.如权利要求5所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)所述的硫化物是硫化锑或者硫化铋，硒化物是硒化锑或者硒化铋；支撑硫化物的长方形玻璃片的长度为2-3cm，支撑硒化物的长方形玻璃片的长度为3-4cm，两个玻璃片宽度相同，均为2-3cm。

7.如权利要求5所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中衬底与蒸发源的距离为0.8-1.2cm，蒸发源的温度由热电偶时实时监测；所述步骤(3)中导热盖板不透明，其熔点高于600℃。

8.根据权利要求7所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜的制备方法，其特征在于：所述的导热盖板为石墨块、金属块或陶瓷块。

9.根据权利要求5所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的半导体氧化物薄膜为TiO₂、ZnO、SnO或NiO，衬底用乙醇超声洗净，并用紫外臭氧处理20-30分钟，蒸发前，衬底在空气中加热10-30分钟；所述步骤(2)中采用网筛将硫化物和硒化物撒在衬底上，重复筛粉2-3次，所述网筛孔径为40-60目。

10.根据权利要求5所述的成分连续渐变的半导体合金薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的预热阶段和蒸发阶段在真空中进行，真空度保持在3-12mTorr，取样时温度低于100℃。