【摘要】：硫化銅是一種非常重要的p型半導(dǎo)體材料,具有出色的電磁學(xué)、光學(xué)特性,廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、氣敏傳感器和光催化等領(lǐng)域。本文探索采用一種低溫、環(huán)境友好的合成路線—化學(xué)浴沉積法(CBD)制備硫化銅薄膜。詳細(xì)研究了化學(xué)浴沉積工藝參數(shù),如溶液配比、pH、濃度、沉積溫度和時(shí)間等對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、厚度、形貌和光學(xué)性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)沉積溫度在65℃-70℃范圍內(nèi),沉積2.5 h-3.0 h,pH在8.5-8.8之間可成功獲得均勻致密的CuS薄膜;所制得的薄膜由垂直豎立于襯底表面的六方片狀納米片組成,薄膜表面光亮,可見(jiàn)光透過(guò)率達(dá)35%以上。通過(guò)控制反應(yīng)參數(shù),可制得厚度從40 nm至280 nm變化的CuS薄膜。研究結(jié)果表明溶液pH、配比和濃度均可通過(guò)調(diào)節(jié)溶液中游離態(tài)離子濃度從而調(diào)控異質(zhì)成核和薄膜生長(zhǎng)速率。pH從7.0升高至9.0,所得薄膜厚度從66 nm增加至150 nm,而透過(guò)率由78%降至50%;進(jìn)一步調(diào)高pH,所得薄膜厚度反而降低,相應(yīng)透過(guò)率增加。隨著Cu~(2+)與C_6H_5O_7~(3-)比例的降低,所得薄膜從160 nm逐漸增加到280 nm,透過(guò)率從43%降至10%以下;隨著Cu~(2+)與S~(2-)比例的升高,薄膜厚度從150 nm增至280 nm,而透過(guò)率從20%降至3%;當(dāng)Cu~(2+):C_6H_5O_7~(3-):S~(2-)=1:3/2:2時(shí),隨著溶液濃度增加,薄膜厚度逐漸增加至150 nm,透過(guò)率從50%降至38%。隨著沉積溫度升高,薄膜厚度從50 nm增至150 nm,并且在50℃-65℃范圍厚度增長(zhǎng)緩慢,65℃-80℃范圍厚度隨溫度急劇增加,而透過(guò)率從54%降至35%,說(shuō)明升高溫度可加快沉積速率;而溫度超過(guò)80℃后,膜厚反而降低,透過(guò)率增加,說(shuō)明進(jìn)一步升高溫度導(dǎo)致均勻成核消耗大量原料,不利于薄膜的沉積生長(zhǎng)。延長(zhǎng)沉積時(shí)間,膜厚迅速增加,最后趨于平緩,膜厚達(dá)到最大值200 nm,相應(yīng)透過(guò)率逐漸降低,由60%(沉積30 min薄膜)下降至38%(沉積5 h薄膜),符合化學(xué)浴沉積法制備薄膜的自催化動(dòng)力學(xué)行為。這種低溫低耗、環(huán)境友好的化學(xué)合成路線可以進(jìn)一步擴(kuò)大到其他半導(dǎo)體薄膜的制備研究。
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN304;TB383.2
【圖文】：

學(xué)位論文 積法（Chemical Bath Deposition）簡(jiǎn)介法是將襯底(玻璃、石英等)浸入含有金屬陽(yáng)離液中，獲得半導(dǎo)體薄膜的一種液相薄膜沉積技（CBD）特點(diǎn)D 技術(shù)引受到了人們的廣泛關(guān)注，主要是因?yàn)閼?yīng)裝置比較簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)帶有磁轉(zhuǎn)子的加，這從很大程度上降低了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能量的消環(huán)境的污染[1]。

圖 1.2 CBD 生長(zhǎng)模式化學(xué)浴沉積（CBD）的歷史背景早的關(guān)于 Chemical Bath Deposition(CBD)技術(shù)的報(bào)道可追溯到 1884 年在(SC(NH2)2)的溶液中首次制備出 PbS 薄膜的報(bào)道，在這篇文章中第一次化學(xué)浴沉積(Chemical Bath Deposition)”的概念：現(xiàn)在它用作通過(guò)控制固體力學(xué)而不用改變金屬氧化態(tài)，由簡(jiǎn)單浸沒(méi)生長(zhǎng)固體薄膜技術(shù)的同屬名稱

Gary Hodes 教授和瑞士的 Gion Calzafrri 教授在 Advanced functional mat上發(fā)表了一篇用 CBD 法制備鹵化銀薄膜的文章，拓展了用 CBD 方法制領(lǐng)域。最近古巴和西班牙的一些工作人員通過(guò)微波化學(xué)浴沉積(Microemical Bath Deposition(簡(jiǎn)稱 MW-CBD)制備出了二氧化鈦(TiO2)薄膜，進(jìn)一用 CBD 方法制備薄膜的領(lǐng)域。但是，在現(xiàn)有的 CBD 方法制膜過(guò)程中，需要將處理過(guò)的襯底持續(xù)浸漬屬離子和負(fù)離子源的化學(xué)前驅(qū)液中，這造成溶液中必然會(huì)產(chǎn)生一定量的溶液中反應(yīng)物向薄膜轉(zhuǎn)化過(guò)程中的效率很低，這就是 CBD 法制備薄膜缺點(diǎn)。例如用 CBD 法制備 CdS 薄膜，反應(yīng)物中被沉積到薄膜結(jié)構(gòu)中的量只有不到 2%，而大量的鉻離子在溶液中形成沉淀。而且在制備 CdS中，常常需要用到高濃度的氨水，而高濃度的氨水揮發(fā)性很強(qiáng)，揮發(fā)出對(duì)環(huán)境有害。正因?yàn)槿绱耍瑖?guó)內(nèi)外的科研工作者都盡力改進(jìn)該方法，從應(yīng)物轉(zhuǎn)化成薄膜的效率和減少對(duì)環(huán)境的危害。印度的 C.D. Lokhand 教授種改進(jìn)的化學(xué)浴沉積方法(Sequntial Chemical Bath Deposition，簡(jiǎn)稱 S-C過(guò)程如圖 1.3 所示。

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本文編號(hào)：2753251