一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，属于半导体材料的制备领域。本发明专利技术采用的是醋酸铅和硒粉，分别为铅源和硒源，以硒粉和亚硫酸钠为原料制备硒代硫酸钠，以柠檬酸钠为络合剂，通过氢氧化钾调节pH值，将沉积液放置水浴锅中，在75℃下加热3～4小时，干燥后得到的硒化铅薄膜。本发明专利技术合成方法中所用的原料易得，工艺简便，成本低、收率高和能大规模生产薄膜的优点，因此该方法具有非常广阔的应用前景。

A Method for Preparing Lead Selenide Thin Films by Chemical Liquid Phase Method

The invention relates to a method for preparing lead selenide film by chemical liquid phase method, which belongs to the field of preparation of semiconductor materials. The method adopts lead acetate and selenium powder, which are lead source and selenium source respectively. Sodium selenium sulfate is prepared from selenium powder and sodium sulfite. Sodium citrate is used as complexing agent, and the pH value is adjusted by potassium hydroxide. The deposit is placed in a water bath pot, heated for 3-4 hours at 75 C, and the lead selenide film is dried. The method has the advantages of easy availability of raw materials, simple process, low cost, high yield and large-scale production of thin films, so the method has very broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法
本专利技术涉及一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，该方法简便易行，无毒环保，具有普适性，能够在实验室中进行快速有效的制备，属于半导体材料的制备领域。
技术介绍
硒化铅薄膜是一类重要的半导体材料，具有窄的禁带宽度(0.27eV,300K)。因为其介电常数较大，折射率高达5.5，折射率温度系数也达到-0.002K-1，透明波段宽，短波吸收限为3.4μm，在4μm到16μm的吸收系数小，且易沉积，可以制成很好的红外光学薄膜，并且广泛的应用于制造红外探测器、激光发射器、热电转换器、太阳能电池、发光二极管、超离子材料、薄膜晶体管等半导体器件。该材料在国防及工、农业建设中得到了大规模应用，近几十年来受到了科学界的广泛重视。制备硒化铅薄膜的方法有很多，如电化学沉积法(ECD)、分子束外延法(MBE)、真空气相沉积法(VPD)，原子层沉积法(ALD)，溅射沉积法等。与这些制备方法比较，化学液相法从性能价格比上来说具有明显的优势，是广泛应用的一种方法。在相对较低的温度下，不需要任何特殊的设置和任何复杂的仪器，且制备的薄膜晶粒更加紧密，表面更加光滑。化学液相法具有成本低、收率高和能大规模生产薄膜等特点，在合成金属硫族化物晶体时有很大前景。对比论文文献：罗飞，王锦鹏，陶春虎等.化学液相沉积制备PbSe薄膜生长过程及其性能研究[J].航空材料学报2011,31(02)：33-36；与其不同点在此特地指出。首先，原料的不同，本专利技术中柠檬酸钠是作为络合剂使用的，得到的薄膜更加细致，可见附图2；其次，本专利技术的实验顺序、过程是要按照严格地络合过程来实现的，这是通过大量实验验证得到的。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术的不足，专利技术了一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法。一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，其特征在于以醋酸铅和硒粉为铅源和硒源，沉积液以硒粉和亚硫酸钠为原料制备硒代硫酸钠，以柠檬酸钠为络合剂，通过氢氧化钾调节pH值，将沉积液放置水浴锅中，在75℃下加热3～4小时，干燥后得到的硒化铅薄膜。本专利技术合成方法中所用的原料易得，工艺简便，成本低、收率高和能大规模生产薄膜的优点，因此该方法具有非常广阔的应用前景。化学液相法制备硒化铅薄膜的实验原理如下：Se+Na2SO3→Na2SeSO3(SeSO3)2-+2OH-→Se2-+SO42-+H2OPb2++Se2-→PbSe↓如上所述的化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，具体制备步骤如下：a.制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗15～20min，再放入无水乙醇中浸泡；b.制备硒代硫酸钠溶液：将适当比例的硒粉与亚硫酸钠放入容器中，加入去离子水，在90℃下边搅拌边加热24h，过滤除去未反应的硒粉和硒酸盐，得到硒代硫酸钠溶液；c.制备沉积液：配制出质量分数为1.5～2.0％的醋酸铅溶液、16～18％柠檬酸钠溶液，边搅拌边将柠檬酸钠溶液缓慢地倒入醋酸铅溶液中，再将硒代硫酸钠溶液倒入二者的混合溶液中，加去离子水，使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0得到沉积液；沉积液中，柠檬酸钠溶液体积百分数为15％-30％，醋酸铅溶液体积百分数为20％-40％，硒代硫酸钠溶液的体积百分数为6％-8％，余量为去离子水和氢氧化钾溶液；d.将衬底吹干后，放入75℃沉积液中，3～4小时后取出，风干。进一步地，所述适当浓度的硒代硫酸钠溶液，其中使用的是质量浓度百分比小于1:2且不大于1:3的硒粉和亚硫酸钠。进一步地，步骤c所述硒代硫酸钠溶液的具体用量是根据沉积液的颜色变化来判断的，溶液颜色以由浅棕色变至棕色再变至咖啡色最后至黑色为准。利用X射线衍射分析了所得硒化铅薄膜的相结构，结果如图1所示；利用金相显微镜分析了所得硒化铅薄膜的形貌图，结果如图2所示。所得结果表明晶核分布比较均匀，薄膜较为致密且外观平整，已稳定成完全多晶结构，其密度得到改善。与现有技术相比，本专利技术中所使用的化学液相法具有成本低、收率高和能大规模生产薄膜等特点，该方法简便易行，无毒环保，能够在实验室中进行快速有效的制备，具有普适性。附图说明图1是硒化铅薄膜的XRD衍射图谱。图2是硒化铅薄膜的金相显微镜图：(a)沉积时间3.0h，(b)沉积时间3.5h，(c)沉积时间4.0h。具体实施方式实施例1制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗后，再放入无水乙醇中浸泡，沉积时使用；使用质量浓度百分比为5:12的硒粉与亚硫酸钠制备硒代硫酸钠溶液。使用2.0％的醋酸铅溶液，17％的柠檬酸钠溶液和硒代硫酸钠溶液；边搅拌边将0.20～0.28倍体积的醋酸铅溶液、0.15～0.20倍体积的柠檬酸钠和0.06～0.07倍体积的硒代硫酸钠溶液混合，再使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0，加入去离子水至1倍体积；准备三个衬底，吹干后分别放入75℃恒温水浴锅中的三份上述沉积液中，分别在3小时后，3.5小时后，4小时后取出衬底，制得如图1中的曲线所示以及如图2所示的硒化铅薄膜。实施例2制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗后，再放入无水乙醇中浸泡，沉积时使用；使用质量浓度百分比为4:10的硒粉与亚硫酸钠制备硒代硫酸钠溶液。使用1.7％的醋酸铅溶液，16％的柠檬酸钠溶液和硒代硫酸钠溶液；边搅拌边将0.28～0.35倍体积的醋酸铅溶液、0.20～0.25倍体积的柠檬酸钠和0.07～0.08倍体积硒代硫酸钠溶液混合，再使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0，加入去离子水至1倍体积；准备三个衬底，吹干后分别放入75℃恒温水浴锅中的三份上述沉积液中，分别在3小时后，3.5小时后，4小时后取出衬底，制得如图1中的曲线所示以及如图2所示的硒化铅薄膜。实施例3制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗后，再放入无水乙醇中浸泡，沉积时使用；使用质量浓度百分比为5:11的硒粉与亚硫酸钠制备硒代硫酸钠溶液。使用1.5％的醋酸铅溶液，16％的柠檬酸钠溶液和硒代硫酸钠溶液；边搅拌边将0.35～0.40倍体积的醋酸铅溶液、0.25～0.30倍体积的柠檬酸钠和0.07～0.08倍体积硒代硫酸钠溶液混合，再使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0，加入去离子水至1倍体积；准备三个衬底，吹干后分别放入75℃恒温水浴锅中的三份上述沉积液中，分别在3小时后，3.5小时后，4小时后取出衬底，制得如图1中的曲线所示以及如图2所示的硒化铅薄膜。从图1可以看出制备出了硒化铅薄膜，从图2可以看出晶核分布比较均匀，薄膜较为致密，衬底表面被完全覆盖，且外观平整。由上述实施例可以看出，采用化学液相法制备的硒化铅薄膜成膜质量较高，并且成本低、工艺简单，能大规模生产，有很大的应用前景。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，其包括醋酸铅、硒粉、亚硫酸钠、氢氧化钾，pH控制在11.0～12.0，在75℃下加热3～4小时，干燥后得到的硒化铅薄膜，其特征在于：具体制备步骤如下：a.制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗15～20min，再放入无水乙醇中浸泡；b.制备硒代硫酸钠溶液：将适当比例的硒粉与亚硫酸钠放入容器中，加入去离子水，在90℃下边搅拌边加热24h，过滤除去未反应的硒粉和硒酸盐，得到硒代硫酸钠溶液；c.制备沉积液：配制出质量分数为1.5～2.0％的醋酸铅溶液、16～18％柠檬酸钠溶液，边搅拌边将柠檬酸钠溶液缓慢地倒入醋酸铅溶液中，再将硒代硫酸钠溶液倒入二者的混合溶液中，加去离子水，使用氢氧化钾溶液调节pH值至11.0～12.0得到沉积液；沉积液中，柠檬酸钠溶液体积百分数为15％‑30％，醋酸铅溶液体积百分数为20％‑40％，硒代硫酸钠溶液的体积百分数为6％‑8％，余量为去离子水和氢氧化钾溶液；d.将衬底吹干后，放入75℃沉积液中，3～4小时后取出，风干。

【技术特征摘要】
1.一种化学液相法制备硒化铅薄膜的方法，其包括醋酸铅、硒粉、亚硫酸钠、氢氧化钾，pH控制在11.0～12.0，在75℃下加热3～4小时，干燥后得到的硒化铅薄膜，其特征在于：具体制备步骤如下：a.制备前对衬底进行去油、去污清洗，放入无水乙醇中经过超声波清洗15～20min，再放入无水乙醇中浸泡；b.制备硒代硫酸钠溶液：将适当比例的硒粉与亚硫酸钠放入容器中，加入去离子水，在90℃下边搅拌边加热24h，过滤除去未反应的硒粉和硒酸盐，得到硒代硫酸钠溶液；c.制备沉积液：配制出质量分数为1.5～2.0％的醋酸铅溶液、16～18％柠檬酸钠溶液，边搅拌边将柠檬酸钠溶液缓慢地倒入醋酸铅溶液中，再将硒代硫酸钠溶液倒入二者的混合溶液中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琳，庞晓露，高克玮，杨会生，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11