【技术实现步骤摘要】
本申请涉及薄膜材料制备，具体地，铋氧硒薄膜及其制备方法和用途。
技术介绍
1、铋氧硒晶体是一种由[bi2o2]n2n+和[se]n2n-两层交替排列形成的层状化合物半导体，其具有一定的带隙(约0.8ev)以及超高的迁移率(低温下可以超过20000cm2 v-1s-1)，因而被认为是一种极具潜力的电子材料。目前通过旋涂法以及化学气相沉积等方法制备的铋氧硒薄膜已经在光电、晶体管、能量转化与存储等方面得到了一定的应用，然而，实现大面积、高质量连续的制备依然存在较大的挑战。
2、因此，制备铋氧硒薄膜的方法仍有待改进。
技术实现思路
1、本申请是基于专利技术人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：
2、脉冲激光沉积是一种能够通过注入激光烧蚀靶材进而产生等离子体沉积于基片表面的技术，可以用于多组分薄膜的制备。对于铋氧硒体系来说，由于bi和se元素具有较强的挥发性，这就使得在生长薄膜过程中可以根据实际应用需要来调控其化学计量；不同元素占比的铋氧硒晶体虽然可能具有相同的相结构，但是，由于bi元素空位、o元素空位和se元素空位等多种缺陷的存在，会导致其能带结构、载流子浓度、表面元素价态和电输运特性等诸多方面的性能有着较大的差异。因此，开发一种能够实现较大面积铋氧硒薄膜的可控制备方法具有重要的意义。同时，这种高质量的铋氧硒薄膜具有本征高迁移率以及多种缺陷结构，铋氧硒薄膜中的缺陷结构(包括点缺陷)可以有效散射声子，降低薄膜的热导率，另外，缺陷的存在可以在一定程度上造成电子掺杂，改
3、本申请旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少一个。
4、在本申请的一方面，本申请提出了一种制备铋氧硒薄膜的方法。在本申请的一些实施例中，制备铋氧硒薄膜的方法包括：提供铋氧硒靶材；将所述铋氧硒靶材置于沉积腔体中，将沉积腔体抽真空至真空度小于或等于1×10-4pa，衬底温度升至400℃～500℃并保温，脉冲激光照射到所述铋氧硒靶材上，在所述铋氧硒靶材上形成椭圆形光斑，使所述铋氧硒靶材产生等离子体并在衬底上形成铋氧硒薄膜。通过在靶材上形成椭圆形光斑，可以得到具有一定长宽比的矩形铋氧硒薄膜，该薄膜具有较大的面积，且成分均匀、厚度均匀；制备过程中，还可以通过调控脉冲激光的能量密度有效地改变薄膜中的缺陷含量；利用上述方法可以实现较大面积铋氧硒薄膜的可控制备，有利于得到高质量的铋氧硒薄膜，该铋氧硒薄膜可以用作热电材料。
5、在本申请的一些实施例中，入射至所述沉积腔体中的所述脉冲激光的能量密度为45mj cm-2至70mj cm-2。由此，脉冲激光的能量密度在上述范围内，有利于形成高质量的铋氧硒薄膜。
6、在本申请的一些实施例中，所述脉冲激光的频率为5hz至10hz。脉冲激光的频率在上述范围内，有利于成膜，并且，有利于提高膜层的平整度。
7、在本申请的一些实施例中，制备所述铋氧硒靶材包括：以bi、bi2o3和se粉体作为原料，通过固相法合成所述铋氧硒靶材，相对于bi2o2se，所述铋氧硒靶材中，bi和se的质量均过量5％～10％。bi和se具有较强的挥发性，靶材中的bi和se过量5％～10％，有利于形成bi、o和se的原子比在2:2:1附近的薄膜。
8、在本申请的一些实施例中，所述铋氧硒靶材的直径大于或等于20mm，所述铋氧硒靶材的厚度大于或等于3mm。靶材的尺寸在上述范围内，有利于通过脉冲激光照射靶材产生等离子体并在衬底上沉积形成薄膜。
9、在本申请的一些实施例中，所述椭圆形光斑的长轴与短轴的比值为2:1至4:1。椭圆形光斑的长短轴的比值在上述范围内，有利于得到长宽比在一定范围内的矩形薄膜。
10、在本申请的一些实施例中，所述衬底为srtio3。衬底选择上述材料，有利于在衬底上外延生长铋氧硒薄膜。
11、在本申请的另一方面，本申请提出了一种铋氧硒薄膜。在本申请的一些实施例中，所述铋氧硒薄膜是利用前面所述的方法制备得到的。由此，该铋氧硒薄膜为矩形薄膜，具有较高的本征迁移率以及较好的热电性能。
12、在本申请的一些实施例中，所述铋氧硒薄膜满足以下条件中的至少之一：所述铋氧硒薄膜的长度与宽度的比值为15:8至3:1；所述铋氧硒薄膜的长度为12mm～15mm；所述铋氧硒薄膜的宽度为4mm～8mm；所述铋氧硒薄膜的厚度为10nm～100nm。
13、在本申请的又一方面，本申请提出了前面所述的铋氧硒薄膜材料的用途，在本申请的一些实施例中，前面所述的铋氧硒薄膜用作热电材料。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种制备铋氧硒薄膜的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，入射至所述沉积腔体中的所述脉冲激光的能量密度为45mJ cm-2至70mJ cm-2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光的频率为5Hz至10Hz。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备所述铋氧硒靶材包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铋氧硒靶材的直径大于或等于20mm，所述铋氧硒靶材的厚度大于或等于3mm。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述椭圆形光斑的长轴与短轴的比值为2:1至4:1。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底为SrTiO3。
8.一种铋氧硒薄膜，其特征在于，所述铋氧硒薄膜是利用权利要求1～7中任一项所述的方法制备得到的。
9.根据权利要求8所述的铋氧硒薄膜，其特征在于，所述铋氧硒薄膜满足以下条件中的至少之一：
10.权利要求8或9所述的铋氧硒薄膜用作热电材料。
【技术特征摘要】
1.一种制备铋氧硒薄膜的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，入射至所述沉积腔体中的所述脉冲激光的能量密度为45mj cm-2至70mj cm-2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光的频率为5hz至10hz。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备所述铋氧硒靶材包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铋氧硒靶材的直径大于或等于20mm，所述铋氧硒靶材的厚度大于或等于3...
【专利技术属性】
技术研发人员：林元华，许于帅，郑云鹏，易迪，周志方，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。