[发明专利]一种具有优异光敏性能In2S3薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能薄膜材料的制备技术领域，具体涉及一种具有优异光敏性能In₂S₃薄膜的制备方法。

背景技术

半导体光探测器是一种用来接收和探测光辐射的半导体光电器件，其在军事和国民经济的各个领域均有广泛应用。在紫外光探测领域，可以用来监控臭氧层的厚度、污染物的排放量、探测并报警森林和油田的火灾等；可见光探测领域，可用来进行光度计量和制作工业自动控制元件，如路灯控制、照相曝光控制和电影拾音等；红外光探测领域，可用作导弹制导、红外热成像和红外遥感等。光电探测器的核心部件为半导体材料，为适应对其性能越来越高的需求，对这些半导体材料也提出了更高的要求：即高光响应性、快响应速率和良好波长选择性。目前研究比较广泛光敏材料有ZnO、CdS等，其中ZnO纳米线结构的光导型探测器具有较大的光暗电流比，但是制备工艺复杂，纳米结构的电极焊接技术困难，并且光响应时间过长难以实际应用；CdS在光敏电阻器件领域研究比较充分且以用于实际生产，但是Cd元素毒性较大，严重限制了其大规模生产及使用。

In₂S₃属于Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体材料，化学性质稳定且组成元素无毒，在稀磁半导体、光催化及薄膜太阳能电池等领域得到广泛的应用，同时它也具有优异的光电导性能，因此可用于光探测器领域，但是对于其在该领域应用的研究十分有限。对于光探测器半导体材料，高的光暗电流比和快响应速度对于探测器的性能至关重要，Hilal Cansizoglu等在导电玻璃上制备In₂S₃纳米棒再覆盖Ag金属薄膜形成纳米结构光电导器件，该器件响应时间为0.5s，但是亮态和暗态电流比较小不超过3倍，且制备过程复杂。Nilima Chaudhari等采用水热法制备出混有In(oH)₃且具有正八面体结构的β-In₂S₃薄膜光暗电流比超过10⁴，且响应速度快小于1s，但是该方法水热反应时间为10小时，生产效率很慢，且薄膜的重复性及附着性存在一定问题，不适合大规模工业化生产。因此发展快速制备具有高光暗电流比和快响应速率的In₂S₃薄膜具有一定的现实意义。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种具有优异光敏性能In₂S₃薄膜的制备方法，该制备方法操作简单、大面积均匀性好、沉积速度快、薄膜的附着性好且制备成本低。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有优异光敏性能In₂S₃薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1：基片预处理：将基片清洗干净后吹干，并置于磁控溅射腔室内，备用；

S2：预溅射：在磁控溅射仪靶枪上安装In₂S₃靶材，铟硫原子比为2：3，对磁控溅射腔室抽真空后再通入氩气，衬底温度为室温，挡板遮住衬底，设置溅射气压为2～3Pa，开启电源起辉，待辉光稳定后，开始预溅射以除去In2S3靶材表面的污染物；

S3：溅射沉积In₂S₃薄膜：经步骤S2处理后，移开挡板，保持溅射条件在基片进行溅射沉积，溅射时间为60～300s，获得In₂S₃薄膜。

值得说明的是，步骤S2预溅射的目的是除去In₂S₃靶材表面的污染物。优选预溅射条件为：溅射功率为4～5W/㎝²，溅射气压为0.8～1.2Pa，预溅射时间为120～300s。采用与步骤S3实际溅射功率和溅射气压一致仅仅为了操作方便，预溅射完成直接移开挡板便开始沉积。只要溅射功率在一定范围内，不要太高破坏靶材或者太低除污效果差以外，可以有一定的波动对实验结果不会有太大影响。因此，预溅射条件可以采用本领域中常规的溅射条件，本发明对此并没有特殊的要求。

上述技术方案中，所述步骤S1中，清洗采用的具体方法为：将基片依次放入重铬酸钾溶液、丙酮、去离子水、酒精中，分别超声清洗10-20min。需要说明的是，清洗的目的是为了去除基片表面的杂质及有机物，因此并不限于前述具体清洗溶液和清洗参数，同时也可以采用本领域中其它常规的基片清洗方法对基片进行清洗。