[发明专利]一种非金属材料表面渗镀高纯硫化锌薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种非金属材料表面渗镀高纯硫化锌薄膜的方法，包括以下步骤：(1)非金属基体清洗后放入氧等离子刻蚀机中进行刻蚀；(2)将刻蚀完成的非金属基体置于磁控溅射装置样品台，利用硫化锌靶材在非金属基体上沉积硫化锌薄膜。该方法将氧等离子刻蚀和磁控溅射技术相结合，先对基体进行活化，然后沉积薄膜，使得制备出的薄膜与基体结合力更强，制备出的薄膜质量好，纯度高，性能稳定，且制备时间短，便于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种渗镀高纯硫化锌薄膜的方法，更具体地，涉及一种非金属材料表面渗镀高纯硫化锌薄膜的方法。

背景技术

硫化锌是一种II-VI化合物宽禁带半导体材料，其带隙约为3.7ev在发光二极管阴极射线管、薄膜电致发光和太阳能电池缓冲层中具有重要的应用。硫化锌薄膜可以用多种薄膜沉积技术生长，包括热蒸发、化学浴沉积技术、喷雾热解、化学气相沉积、电化学沉积、射频磁控溅射技术、水热和旋涂技术等。溶胶-凝胶法和旋涂法虽然操作简单，易于大规模生产，但成膜效果不好，膜与基体间的结合力不强，均匀性较差；化学气相沉积法反应时间较长，导致生产周期过长，且用到的反应气氛危险性较大；而电子束沉积法本身能量利用率较低，仪器成本昂贵。磁控溅射技术具有沉积参数可控性好、薄膜生长速度快、成本效益相对较高以及溅射沉积相容性好等优点，能够充分控制制备ZnS薄膜时薄膜的化学计量和均匀性，制备的ZnS薄膜具有较高的质量，非常适合用于太阳能电池中的电致发光显示、CIGS太阳能电池缓冲层。但目前磁控溅射技术普遍存在膜力学性能差，同时因为基体表面粗糙度原因使得制备出的薄膜性能较低，薄膜与基体结合性能差。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高薄膜与基体结合性能、制备出的薄膜质量好的非金属材料表面渗镀高纯硫化锌薄膜的方法。

技术方案：本发明所述的非金属材料表面渗镀高纯硫化锌薄膜的方法，包括以下步骤：

(1)非金属基体清洗后放入氧等离子刻蚀机中进行刻蚀；

(2)将刻蚀完成的非金属基体置于磁控溅射装置样品台，利用硫化锌靶材在非金属基体上沉积硫化锌薄膜。

其中，步骤(1)中先将非金属基体依次用去离子水、无水乙醇超声清洗，在体积比为1～10：1的氩气和氧气混合气氛下对非金属基体进行刻蚀，非金属基体为石英玻璃、ITO玻璃、氧化物陶瓷、蓝宝石或硅片；步骤(2)中非金属基体在磁控溅射装置样品台上预加热至50～300℃，能够使靶材上被等离子体轰击出的粒子在基体表面进行初步重排列，提高薄膜质量，非金属基体和硫化锌靶材的距离为5～8cm，能够使靶材上被等离子体轰击出的粒子均匀到达基体表面，步骤(2)中在1～8Pa的氩气条件下对非金属基体进行硫化锌薄膜沉积，先对非金属基体进行10～30min预溅射，对基体表面进行清洗，同时活化基体表面以便靶材上被等离子体轰击出的粒子吸附，磁控溅射时射频功率为50～300W。

制备原理：本发明首先采用氧等离子刻蚀基体，能够利用氧离子对非金属基体表面进行清洁与活化，使表面一些凸起的杂质被刻蚀掉，降低整个表面的粗糙度，提升基体的耐磨性能，同时提供的氧离子活化了表面，然后利用射频磁控溅射技术，通过等离子体轰击靶材，使漂移出的粒子沉积到基体上，形成粗糙度小、结合稳定的表层薄膜。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、将氧等离子刻蚀和磁控溅射技术相结合，先对基体进行活化，然后沉积薄膜，使得制备出的薄膜与基体结合力更强；2、制备出的薄膜质量好，纯度高，性能稳定，且制备时间短，便于大规模生产。

附图说明

图1是本发明制备的硫化锌薄膜的光学显微镜图；

图2是本发明制备的硫化锌薄膜的SEM图；

图3是本发明制备的硫化锌薄膜的XRD图；

图4是本发明制备的纳米压痕测试的硬度和弹性模量图。

具体实施方式