一种CdS/Si纳米薄膜异质结的制备方法与流程

本发明属于异质结制备技术领域，特别是涉及一种cds/si纳米薄膜异质结的制备方法。

背景技术：

异质结是半导体器件的重要组成部分，科学家对此进行了大量的研究，硅基cds异质结是其中重要的一个研究方向。随着社会经济的发展，为实现不同的功能和需求，对半导体器件的尺寸提出了更高的要求。科学家采用各种手段来减小异质结的尺寸，例如利用纳米技术在单晶硅、多晶硅和多孔硅衬底上沉积cds纳米薄膜、纳米颗粒等制备硅基cds异质结。然而，目前单晶硅、多晶硅和多孔硅衬底由于技术原因，所制备的异质结的厚度还是不能满足特殊的需要。如果用薄膜硅替代单晶硅、多晶硅和多孔硅衬底，就可以将硅基cds异质结的厚度大大降低，并且有利于器件的集成。硅薄膜通常利用等离子体增强化学气相沉积、快速退火晶化、固相晶化、准分子激光晶化、金属诱导晶化等方法获得，但是，这些方法中不是温度太高对衬底要求过高，就是对制备的参数要求太高，从而大大提高了器件的成本，不利于产业化。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种cds/si纳米薄膜异质结的制备方法，该方法简单、高效，易于调控异质结各组分的结构和尺寸。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种cds/si纳米薄膜异质结的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，以ito导电薄膜为衬底，利用磁控溅射技术在ito导电薄膜上沉积si，制备纳米结构ito/si；

步骤2，利用磁控溅射技术在纳米结构ito/si上沉积cds，制备纳米结构ito/si/cds；

步骤3，利用磁控溅射技术在纳米结构ito/si/cds上沉积ag，制备纳米ito/si/cds/ag异质结。

进一步地，所述步骤1的具体过程如下：

步骤101，将ito导电薄膜固定在磁控溅射室的样品支架上，对磁控溅射室抽真空到10-6pa，然后向磁控溅射室充入氩气，保持磁控溅射室真空度为10-1pa～50pa；

步骤102，调整si靶材和ito导电薄膜的距离为5cm，设置溅射功率为30w～120w；

步骤103，预溅射60s，打开si靶材的挡板，开始溅射，溅射时间180s～1200s，制备纳米结构ito/si；

步骤104，溅射时间到后，关闭溅射电源，打开加热电源，20～50min将ito/si样品加热到300℃，在1pa压强下保持50min。

进一步地，溅射时间180s～1200s，在ito导电薄膜上沉积si的厚度为300nm～2μm。

进一步地，所述步骤2的具体过程如下：

步骤201，保持磁控溅射室内压强1pa，将si靶材换成cds靶材，设置溅射功率为60w；

步骤202，打开cds靶材的挡板，开始溅射，溅射时间60～1800s，制备纳米结构ito/si/cds；

步骤203，溅射时间到后，关闭溅射电源。

进一步地，溅射时间60～1800s，在ito/si上沉积cds的厚度为120nm～3.6μm。

进一步地，所述步骤3的具体过程如下：

步骤301，保持磁控溅射室内压强1pa，将cds靶材换成ag靶材，设置溅射功率为30w；

步骤302，打开ag靶材的挡板，开始溅射，溅射时间60s，制备ag电极；

步骤303，溅射时间到后，关闭所有电源，将ito/si/cds/ag样品自然冷却至室温。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明一种cds/si纳米薄膜异质结的制备方法，利用磁控溅射技术在ito导电薄膜上依次制备si薄膜和cds薄膜，从而构建cds/si纳米薄膜异质结，通过改变溅射时间，高效地控制si薄膜和cds薄膜的厚度、调控cds/si异质结的界面，有效地降低了硅基cds/si异质结的尺寸。

本发明的方法制作工艺简单、所需仪器设备价值低廉、材料消耗低，可以在低温下进行，大大降低了异质结的生产成本，并且可以有效地调控异质结各组分的结构和尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的cds/si纳米薄膜异质结的制备方法的流程图；

图2是本发明实施例一的cds/si纳米薄膜异质结的结构示意图；

图3是本发明实施例二的沉积10min非晶硅薄膜的xrd图谱；

图4是本发明实施例二的沉积10min非晶硅薄膜的afm图谱；

图5是本发明实施例二的沉积硅10min、cds5min的cds/si纳米薄膜异质结的xrd图谱；

图6是本发明实施例二的沉积硅10min、cds5min的cds/si纳米薄膜异质结整流特性图；

图7是本发明实施例三的沉积20min非晶硅薄膜的xrd图谱；

图8是本发明实施例三的沉积20min非晶硅薄膜的afm图谱；

图9是本发明实施例三的沉积硅20min、cds5min的cds/si纳米薄膜异质结的xrd图谱；

图10是本发明实施例三的沉积硅20min、cds5min的cds/si纳米薄膜异质结整流特性图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例的cds/si纳米薄膜异质结的制备方法，该方法首先以ito导电薄膜为衬底，利用磁控溅射技术在ito导电薄膜上沉积si，制备纳米结构ito/si；然后利用磁控溅射技术在纳米结构ito/si上沉积cds，制备纳米结构ito/si/cds；最后利用磁控溅射技术在纳米结构ito/si/cds上沉积ag，制备纳米ito/si/cds/ag异质结。具体包含以下步骤：

步骤s101，将ito导电薄膜固定在磁控溅射室的样品支架上，对磁控溅射室抽真空到10^-6pa，然后向磁控溅射室充入氩气，保持磁控溅射室真空度为10^-1pa～50pa；

步骤s102，调整si靶材和ito导电薄膜的距离为5cm，设置溅射功率为30w～120w；

步骤s103，预溅射60s，打开si靶材的挡板，开始溅射，溅射时间180s～1200s，在ito导电薄膜上沉积si的厚度为300nm～2μm，制备纳米结构ito/si；

步骤s104，溅射时间到后，关闭溅射电源，打开加热电源，20～50min将ito/si样品加热到300℃，在1pa压强下保持50min；

步骤s105，保持磁控溅射室内压强1pa，将si靶材换成cds靶材，设置溅射功率为60w；

步骤s106，打开cds靶材的挡板，开始溅射，溅射时间60～1800s，在ito/si上沉积cds的厚度为120nm～3.6μm，制备纳米结构ito/si/cds；

步骤s107，溅射时间到后，关闭溅射电源；

步骤s108，保持磁控溅射室内压强1pa，将cds靶材换成ag靶材，设置溅射功率为30w；

步骤s109，打开ag靶材的挡板，开始溅射，溅射时间60s，制备ag电极；

步骤s110，溅射时间到后，关闭所有电源，将ito/si/cds/ag样品自然冷却至室温，结构如图2所示。

实施例二

本实施例的cds/si纳米薄膜异质结的制备方法，包含以下步骤：

步骤s201，将ito导电薄膜固定在磁控溅射室的样品支架上，对磁控溅射室抽真空到10^-6pa，然后向磁控溅射室充入氩气，保持磁控溅射室真空度为1pa；

步骤s202，调整si靶材和ito导电薄膜的距离为5cm，设置溅射功率为60w；

步骤s203，预溅射60s，打开si靶材的挡板，开始溅射，溅射时间10min，在ito导电薄膜上沉积si的厚度约1μm，制备纳米结构ito/si；

步骤s204，溅射时间到后，关闭溅射电源，打开加热电源，30min将ito/si样品加热到300℃，在1pa压强下保持50min，si膜的结构如图3所示，其形貌如图4所示；

步骤s205，保持磁控溅射室内压强1pa，将si靶材换成cds靶材，设置溅射功率为60w；

步骤s206，打开cds靶材的挡板，开始溅射，溅射时间5min，在ito/si上沉积cds的厚度约600nm，制备纳米结构ito/si/cds，所制备cds/si纳米薄膜异质结结构如图5所示；

步骤s207，溅射时间到后，关闭溅射电源；

步骤s208，保持磁控溅射室内压强1pa，将cds靶材换成ag靶材，设置溅射功率为30w；

步骤s209，打开ag靶材的挡板，开始溅射，溅射时间60s，制备ag电极；

步骤s210，溅射时间到后，关闭所有电源，将ito/si/cds/ag样品自然冷却至室温，结构如图2所示；

步骤s211，施加正向偏压，测试其整流特性，如图6所示。

实施例三

步骤s301，将ito导电薄膜固定在磁控溅射室的样品支架上，对磁控溅射室抽真空到10^-6pa，然后向磁控溅射室充入氩气，保持磁控溅射室真空度为1pa；

步骤s302，调整si靶材和ito导电薄膜的距离为5cm，设置溅射功率为60w；

步骤s303，预溅射60s，打开si靶材的挡板，开始溅射，溅射时间20min，在ito导电薄膜上沉积si的厚度约2μm，制备纳米结构ito/si；

步骤s304，溅射时间到后，关闭溅射电源，打开加热电源，30min将ito/si样品加热到300℃，在1pa压强下保持50min，si膜的结构如图7所示，其形貌如图8所示；

步骤s305，保持磁控溅射室内压强1pa，将si靶材换成cds靶材，设置溅射功率为60w；

步骤s306，打开cds靶材的挡板，开始溅射，溅射时间5min，在ito/si上沉积cds的厚度约600nm，制备纳米结构ito/si/cds，所制备cds/si纳米薄膜异质结结构如图9所示；

步骤s307，溅射时间到后，关闭溅射电源；

步骤s308，保持磁控溅射室内压强1pa，将cds靶材换成ag靶材，设置溅射功率为30w；

步骤s309，打开ag靶材的挡板，开始溅射，溅射时间60s，制备ag电极；

步骤s310，溅射时间到后，关闭所有电源，将ito/si/cds/ag样品自然冷却至室温，结构如图2所示；

步骤s311，施加正向偏压，测试其整流特性，如图10所示。

对比实施例二和实施例三可知，随着溅射时间的改变，可以有效地控制si薄膜的形貌特征，从而影响cds/si纳米薄膜异质结的整流特性。本发明消耗材料少、制备温度低、易于制备大面积薄膜、易于控制异质结的结构，并且，可以将cds/si纳米薄膜异质结移植于多种衬底。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来讲是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。