一种硒化亚锡p型半导体薄膜及其制备方法和应用

1.本技术涉及p型半导体薄膜技术领域，特别是涉及一种硒化亚锡p型半导体薄膜及其制备方法和应用。


背景技术：

2.p型半导体是半导体领域研究的热点，其掺杂性、热敏性和光敏性有利于应用于薄膜太阳能电池、探测器、薄膜晶体管和显示器等。薄膜半导体材料，厚度在微米甚至纳米量级，大大降低了材料的消耗，生长工艺简单，便于制作轻便、可弯曲的器件，性价比占优势，产业化前景较好。
3.目前比较常规的p型半导体材料包括cu2o、cdte和nio。其中，cu2o不稳定，cdte含重金属，nio易被还原；因此，现有的p型半导体都存在不同的缺陷和不足。
4.有研究显示，可以采用硒化亚锡(snse)薄膜制备薄膜锂离子电池或者光电探测器。但是，snse材料是层状结构，常规方法不易成膜。因此，如何更有效的制备硒化亚锡半导体薄膜是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种新的硒化亚锡p型半导体薄膜的制备方法，由此制备的硒化亚锡p型半导体薄膜及其应用。
6.本技术采用了以下技术方案：
7.本技术的一方面公开了一种硒化亚锡p型半导体薄膜的制备方法，包括采用磁控溅射，在衬底上沉积硒化亚锡膜层；对沉积硒化亚锡膜层的衬底进行氯化物溶液处理，获得表面覆盖氯化物的硒化亚锡膜层；然后，在真空或惰性气氛或弱还原气氛下，100-600℃加热10～60分钟，冷却到室温，即获得硒化亚锡p型半导体薄膜；氯化物为氯化亚锡、氯化镉、氯化镁、氯化钌、氯化铌、氯化钽、氯化钙、氯化锌、氯化钯、氯化铑、氯化锡、氯化铟、氯化铜和氯化钡中的至少一种；氯化物溶液处理包括，将沉积硒化亚锡膜层的衬底浸泡到氯化物溶液中；或者，将氯化物溶液涂覆在硒化亚锡膜层表面。
8.需要说明的是，本技术创造性的采用磁控溅射在衬底上制备无定型的硒化亚锡膜层，然后再对硒化亚锡膜层进行氯化物溶液处理和100-600℃的退火处理，得到高结晶的硒化亚锡p型半导体薄膜。本技术的制备方法，整个制备过程简单、易操作、成本低，适用于大面积生产，解决了snse材料不易成膜的问题。
9.本技术的一种实现方式中，氯化物溶液处理，在将沉积硒化亚锡膜层的衬底浸泡到氯化物溶液之前，还包括对沉积硒化亚锡膜层的衬底进行uv辐照处理。
10.优选的，浸泡条件为50-60℃浸泡10-20分钟。
11.本技术的一种实现方式中，所述氯化物溶液处理，将氯化物溶液涂覆在硒化亚锡膜层表面后，还包括，加热去除溶剂。
12.优选的，所述涂覆的方式为涂抹或喷涂。
13.本技术的一种实现方式中，磁控溅射的条件为，溅射腔压强0.1～10pa，溅射腔气氛为氩气、氮气或氩氢混合气，衬底温度为10～500℃，溅射功率为0.01～10w/cm2，沉积速率为0.1～500nm/min，溅射时间为0.01～5小时。
14.本技术的一种实现方式中，氯化物溶液的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、n,n-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酮、冰醋酸和四氢呋喃中的至少一种。
15.本技术的一种实现方式中，本技术的制备方法还包括在磁控溅射硒化亚锡膜层之前，预先在衬底上制备二氧化硅层；然后，在二氧化硅层表面磁控溅射硒化亚锡膜层。
16.需要说明的是，预先制备二氧化硅层主要是考虑，在衬底起伏大的情况下，通过预先制备数十纳米的二氧化硅层，使得衬底更平坦，从而制备出厚度更均匀的硒化亚锡膜层。其中，二氧化硅层的厚度根据衬底的起伏程度而定，只要能够达到使衬底更平坦的目的即可，例如二氧化硅层的厚度可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm等。至于二氧化硅层的制备方法，本技术具体采用的也是磁控溅射，当然，不排除还可以采用其他方式。
17.本技术的一种实现方式中，衬底为玻璃、导电玻璃、柔性衬底、石英片和蓝宝石中的至少一种。
18.本技术的一种实现方式中，弱还原气氛为h2和ar的混合气，其中，h2占混合气体积的1％～20％。
19.本技术的另一面公开了本技术的制备方法制备的硒化亚锡p型半导体薄膜。
20.优选的，硒化亚锡膜层的厚度为10-1000nm。
21.本技术的再一面公开了本技术的硒化亚锡p型半导体薄膜在薄膜太阳能电池、探测器、薄膜晶体管或显示器中的应用。
22.本技术的有益效果在于：
23.本技术的硒化亚锡p型半导体薄膜的制备方法，先采用磁控溅射制备无定型的硒化亚锡膜层，再进行氯化物溶液处理和100-600℃的退火处理，得到结晶硒化亚锡p型半导体薄膜。本技术制备方法简单、易操作、成本低，适用于大面积生产，解决了snse材料不易成膜的问题。
附图说明
24.图1是本技术实施例中硒化亚锡薄膜表面形貌sem图；
25.图2是本技术实施例中硒化亚锡薄膜结晶xrd谱。
具体实施方式
26.下面通过具体实施例对本技术作进一步详细说明。以下实施例仅对本技术进行进一步说明，不应理解为对本技术的限制。
27.实施例
28.本例采用磁控溅射法在玻璃衬底上制备硒化亚锡膜层，然后再进行氯化物溶液处理和100-600℃加热10～60分钟处理，获得结晶硒化亚锡p型半导体薄膜。具体制备方法如下：
29.(1)玻璃衬底清洗：本例采用的玻璃为超白玻璃，采用玻璃清洗液浸泡10分钟，利
用高压水枪冲刷5分钟，空气枪吹干，放置烘干炉105℃下30分钟，准备后续镀膜。
30.(2)二氧化硅层的制备：采用射频溅射方法，靶材为二氧化硅，溅射腔体本底真空2
×
10-4
pa，通入氮气，腔体真空调至1pa，打开射频电源，功率设置为15w，溅射20nm二氧化硅薄膜。
31.(3)硒化亚锡预制薄膜的制备：采用直流溅射方法，靶材为硒化亚锡，溅射腔体本底真空2
×
10-4
pa，通入氮气，腔体真空调至1pa，打开直流电源，功率设置为30w，溅射200nm的硒化亚锡膜层。
32.(4)硒化亚锡薄膜浸泡于置于浓度为75％的氯化亚锡的饱和乙二醇溶液中，60℃浸泡10分钟后取出。
33.(5)硒化亚锡薄膜置于弱还原气氛中，弱还原气氛为h2和ar的混合气，其中，h2占混合气体积的5％，在350℃退火30分钟，自然冷却到室温，获得本例的结晶的硒化亚锡p型半导体薄膜。
34.对本例制备的硒化亚锡p型半导体薄膜进行扫描电镜sem观察，结果如图1所示。图1的结果显示，可以直接观察到高度结晶的snse膜，结晶性良好的snse择优性能好，柱状晶晶粒大。
35.本例分别对280℃退火和380℃退火制备的硒化亚锡p型半导体薄膜进行x射线衍射检测，并采用不退火作为对照，结果如图2所示。结果显示，经过280℃退火和380℃退火后，能够获得结晶的硒化亚锡p型半导体薄膜，与预期相符。
36.进一步的，通过霍尔测试电阻仪测试本例制备的硒化亚锡p型半导体薄膜，结果显示，本例snse膜的霍尔迁移率达到0.3cm2/(vs)，电导率达到103s/m，载流子浓度达到10
18
cm3。
37.以上结果说明，本例制备的硒化亚锡p型半导体薄膜，具有较高的迁移率，可以钝化p型半导体器件表面，能够为相关的太阳能电池、探测器等提供高性能产品。
38.在以上试验的基础上，本例进一步的对不同的退火温度进行试验，结果显示，在经过氯化物处理后，经过100-600℃加热10～60分钟的退火处理，都能够获得不同程度的结晶的硒化亚锡p型半导体薄膜，从而满足不同的使用需求。退火温度低于100℃无法有效的形成结晶硒化亚锡；而退火温度太高，例如高于600℃，一方面具有较高的能耗，另一方面，温度太高会对衬底造成不利影响，也不利于获得更高的硒化亚锡结晶。
39.另外，氯化物除了本例使用的氯化亚锡以外，其他的，例如氯化镉、氯化镁、氯化钌、氯化铌、氯化钽、氯化钙、氯化锌、氯化钯、氯化铑、氯化锡、氯化铟、氯化铜和氯化钡都能够达到相同的效果。至于氯化物的溶剂，可以采用常规的有机溶剂，例如甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、n,n-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酮、冰醋酸和四氢呋喃等。
40.以上内容是结合具体的实施方式对本技术所作的进一步详细说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明。对于本技术所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。