[发明专利]高灵敏度的光电导膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种光电导膜及其制备方法，尤其是涉及一种高灵敏度和快响应速度的cds和cdse混合光电导膜及其制备方法。

某些半导体材料吸收光子激发的载流子，从而改变材料电导率的现象称为光电导效应。具有光电导效应的材料制成的薄膜叫光电导膜，它在太阳电池、薄膜三极管和液晶光阀等光电子器件中具有重要的应用价值。

常用的可见光区的光电导膜有cds和cdse。cds光电导膜亮暗电导比大，空间分辨率高，但响应时间慢（50～100ms），且由于其光谱响应曲线呈尖峰状（波出约510nm），白光灵敏度不高。cdse与cds同属硫属化合物半导体，所以与cds有很多相似之处，但cdse的禁带宽度比cds小，光电响应峰值波长也比cds长，故白光灵敏度比cds高，响应速度可达10ms以下，但空间分辨率上略有欠缺。

常用的杂质是Cu或Ag等，它对改善暗电阻、亮暗电导比、响应速度等都有很大的作用。从原理上讲，Cl，Br，I，Al，Ga，In等均可作施主杂质，而Cu，Ag，Cd等可作受主杂质。选择任何一种施主或受主杂质都可大大增加暗电阻和亮暗电导比。

常用的制备方法包括：

a.采用高纯的cds或cdse半导体材料，并与上述某种杂质混合，最常用的是Cu;

b.采用热蒸发将cds和cdse淀积在基板上;

c.基板温度一般为200℃～250℃，真空度1×10^-3Pa，蒸发速率20～30/s;

d.在空气中进行烘烤处理。

本发明的目的是提供一种高光灵敏度和快响应的光电导膜及其制备方法。下面结合附图作详细说明：

图1是本发明的混合膜的结构示意图;

图2是cds和cdse的光谱透射曲线;

图3是cds、cdse及混合膜掺杂后与纯cds和cdse膜的光响应曲线对比。

高灵敏度和快响应的光电导膜采用cds和cdse渐变混合膜，同时掺入杂质材料Cl和Cu，并满足cds∶cdse＝3∶1，Cl∶Cu＝3∶2。本发明掺杂杂质不是一种，而是Cl和Cu两种。Cl是施主杂质，Cu是受主杂质。Cu的杂质浓度为5×10^-3gCu/g（cds+cdse），增加施主杂质Cl;可以增加暗电阻，受主杂质是负电荷，它可大面积俘获空穴，这样就可提高亮暗电导比。调节施主和受主之比，可使亮暗电导比得到最大。本发明采用Cl/Cu＝3/2可获最大亮暗电导比。

图1示出了本发明的混合膜结构，在镀有透明导电膜（ITO）的玻璃或其它材料的基板上，先蒸发cds膜，然后逐渐降低cds的蒸发速率，增加cdse的蒸发速率，以形成cds和cdse成分随厚度渐变的非均质膜。

图2示出了约1mm厚的cds和cdse的光谱透射曲线，由于cds对白光的吸收率不高，导致白光灵敏度降低，而cdse在可见光区的吸收大，可以充分吸收未被cds吸收的光，于是，提高了本发明的光电导膜的光电转换效率。

图3示出了纯cds和cdse光导膜及其掺杂膜的光响应曲线。可以看出，纯cds和cdse膜的响应很小，掺杂膜响应显示增大，响应带层宽，特别是cds-cdse∶Cl-Cu光电导膜，具有最高的响应和最宽的响应谱带，响应区间更适宜于实际应用。

本发明的光电导膜的制备方法是：膜层材料cds和cdse的纯度为99.99%，杂质纯度为99%，将此材料按重量比3∶1的比例分别与杂质Cl和Cu（浓度比3∶2）混合，然后用二个钼蒸发源蒸发，并用石英晶体监控各自的蒸发速率和厚度。基板温度为250～300℃，真空度优于1×10^-3Pa，蒸发速率为30S′，膜厚5～7μm，最后在空气中以380～400℃烘烤处理4小时。空气中烘烤的作用是：氧作为受主杂质，使暗电导和光电均降低，特别是暗电导可以降低几个数量级，因此使亮暗电导比显著增加。

通过调节二个蒸发源的蒸发速率，可以任意改变cds和cdse的成分分布，甚至变成cds和cdse均匀混合膜，故本发明也适用于cds和cdse均匀混合膜。

本发明的优点是：膜层成分分布易于改变，达到的性能指标明显优于常规的光电导膜。典型的指标为：暗电阻率可达10¹⁰～10¹²Ωcm，亮暗电导比10³～10⁴，白光灵敏度＜50μw/cm²，响应时间5～10ms，分辨率优于50lp/mm。膜层牢固，满足液晶光阀实际使用要求。