[发明专利]在石墨烯衬底上定向生长碲锌镉薄膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种在石墨烯衬底上定向生长碲锌镉薄膜的制备方法，先采用CVD方法在铜箔上制备出单层石墨烯，再以石墨烯为衬底采用近空间升华法制备一层定向碲锌镉薄膜。本发明通过设定衬底和升华源之间距离实现近空间升华制备薄膜的方案，采用石墨烯材料作为衬底结构，与目标CdZnTe薄膜晶格匹配度高，从而实现定向性好的CdZnTe薄膜的制备。本发明旨在石墨烯衬底上采用进空间升华方法制备定向CdZnTe薄膜，实现制成器件时载流子在上下极之间传输损耗低，提高器件载流子传输速度，提高器件传输速度。本发明方法相比CdZnTe单晶生长工艺简单、成本更低、可大面积制备、批量生长可行性高。

主权项

1.一种在石墨烯衬底上定向生长碲锌镉薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)衬底制备及预处理：采用CVD方法制备衬底，具体方法如下：用丙酮溶液清洗铜箔，以除去铜箔表面的有机杂质，再将上述清洗干净的铜箔放入CVD生长室中，通入氩气控制压强为100～600mTorr，并以10～50sccm的流速通入氢气，加热到500～2000℃并保持10～60min，然后除去铜箔表面氧化物，继续保持温度不变，分别以1～20sccm的流速通入甲烷和氢气的混合气体10～30min，控制CVD生长室中氢气在混合气体中的体积分数为10‑80％，在铜箔上生成的产物即为石墨烯薄膜；然后停止通入甲烷，在上述氩气和氢气环境中，将石墨烯薄膜在CVD反应室中进行自然冷却，备用；(2)CdZnTe薄膜生长过程：采用近空间升华法，用无尘布蘸取酒精擦拭清洗反应腔体，除去反应腔体内杂质；研磨碲锌镉单晶为粉末状作为升华源，放入反应腔体内，将在所述步骤(1)中制备好的石墨烯薄膜作为近空间升华的衬底，将衬底放入反应腔内，开机械泵抽真空，将反应腔体内气压抽至5Pa以下；调节衬底和升华源之间的距离不大于10mm；将升华源及衬底分别加热到400～650℃和200～550℃；进行CdZnTe生长10～500min，在石墨烯薄膜上生成的产物即为CdZnTe薄膜，得到CdZnTe薄膜样品；然后关闭加热源，关机械泵，待CdZnTe薄膜样品冷却至室温，取出CdZnTe薄膜样品；(3)CdZnTe薄膜的抛光、腐蚀及退火后处理：采用0.03～1μm颗粒度的氧化铝作为抛光材料，采用手工抛光方法对CdZnTe薄膜样品进行抛光处理，再将经过抛光处理的CdZnTe薄膜样品在CdCl2氛围中进行300～450℃退火处理20～60分钟；然后配制溴质量浓度为0.1～0.5％的溴甲醇溶液，将经过退过火的CdZnTe薄膜样品浸入溴甲醇溶液中进行腐蚀处理10～60s，从而获得在石墨烯衬底上制备的柱状结构的CdZnTe薄膜。