一种球层状硫化锑薄膜制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种球层状硫化锑薄膜制备方法，属于液相沉积制备功能材料【技术领域】。技术方案：首先将分析纯0.003molNa2S2O3·5H2O溶解于去离子水中，将分析纯0.002molSbC13·2H2O溶解于浓HCl中，混合两种溶液并定容至100ml，磁力搅拌溶液5min，滴加氨水调解前驱液不同pH值；然后将蒸馏水、丙酮、无水乙醇中超声清洗30min、piranha溶液浸泡处理、氮气吹干的玻璃基片置于薄膜前驱液中进行沉积；最后将不同沉积时间和不同沉积温度制备的薄膜在一定温度条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑薄膜。本发明采用液相沉积技术可以在玻璃基板上制备出层球状的硫化锑薄膜，而且制备设备价格低廉、制备环境常温常压、制备工艺流程简单。
【专利说明】一种球层状硫化锑薄膜制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种球层状硫化锑薄膜制备方法，属于液相沉积制备功能材料技术领 域。
【背景技术】
[0002] 硫化锑（Sb2S3)是具有高度各向异性和正交晶相层状结构的主族金属硫化物A 2S3 中的一种。硫化锑是一种直接能带半导体，因为其本征能带系为I. 72eV，处于太阳光谱的可 见光区且具有良好的光量子效应，其极好的光电导性和高热电性能被广泛用于各种光电子 器件。
[0003] 常用来制备Sb2S3薄膜的方法有仿生法、水热法、无水化学沉积法、气相沉积法、高 温分解法、热真空喷镀法和电镀法等。以上这些薄膜技术往往需要复杂的技术设备或严格 的制备环境，例如水热法是在高温高压环境下完成的，而气相沉积是在气相仪上实现的，热 真空喷镀法需要一定的真空度和保护气氛；气相沉积方法多在电容式耦合等离子体化学气 相沉积系统上进行，实际生产中由于对技术设备条件要求高，使得设备昂贵，又因腐蚀严重 使得组装代价高，成本一般让人难以接受。相比之下，高温热分解法则具有工艺设备简单， 低成本等优点，但其工艺也有不足之处，例如制备过程中需加入大量的有机溶剂，不但使制 备成本增高，同时在后续的干燥和煅烧过程中不易逸出的有机溶剂会产生碳污染等。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是提供一种球层状硫化锑薄膜制备方法，利用piranha(浓硫酸与双氧 水的混合物）化学与液相沉积技术相结合，在玻璃基板上沉积球层状硫化锑薄膜，具有不需 昂贵机械设备、制备工艺流程简单、操作方便等特点，解决【背景技术】中存在的上述问题。
[0005] 本发明的技术方案是： 一种球层状硫化锑薄膜制备方法，包含如下步骤： ① 基板前期处理 裁剪后的玻璃基片先后置于蒸馏水、丙酮、无水乙醇中超声清洗30min，然后置于 piranha溶液中浸泡处理5-60min，取出后氮气吹干备用； ② 薄膜前驱液配制 将分析纯〇· 〇〇3mol Na2S2O3 · 5H20溶解于去离子水中，将分析纯0· 002mol SbCl3 · 2H20 溶解于浓HCl中，然后将两种溶液混合后定容，在磁力搅拌器上搅拌溶液5min，滴加氨水调 解前驱液pH值于2-5之间； ③ 将步骤①中处理后的基片置于步骤@配置的前驱液中进行薄膜沉积，沉积时间为 4-24h，沉积温度为30-60°C ; @将最后沉积完成的薄膜在200-600°C条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑 薄膜。
[0006] 本发明的积极效果是：本发明相对于现有的硫化锑薄膜制备技术，克服水热法的 高温高压环境、热真空喷镀法的苛刻真空条件、气相沉积需要昂贵机械设备、高温分解法的 有机溶剂污染等技术缺陷；利用piranha溶液处理基板技术与液相沉积技术相结合，可以 在玻璃基板上制备出层球状的硫化锑薄膜，而且制备设备价格低廉、制备环境常温常压、制 备工艺流程简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1是本发明实施例1制备的球层状硫化锑薄膜XRD图； 图2是本发明实施例1制备的球层状硫化锑薄膜SEM图； 图3是本发明实施例2制备的球层状硫化锑薄膜SEM图； 图4是本发明实施例3制备的球层状硫化锑薄膜SEM图； 图5是本发明实施例4制备的球层状硫化锑薄膜SEM图； 图6是本发明实施例5制备的球层状硫化锑薄膜SEM图。
【具体实施方式】
[0008] 下面通过实施例对本发明作进一步说明 一种球层状硫化锑薄膜制备方法，包含如下步骤： ① 基板前期处理 裁剪后的玻璃基片先后置于50ml蒸馈水、50ml丙酮、50ml无水乙醇中超声清洗30min， 然后置于piranha溶液中浸泡处理5-60min，取出后氮气吹干备用；piranha溶液为H2SO4与 H2O2混合溶液，两者体积比3 :1 ; ② 薄膜前驱液配制 将分析纯〇· 〇〇3mol Na2S2O3 · 5H20溶解于去离子水中，将分析纯0· 002mol SbCl3 · 2H20 溶解于浓HCl中，然后将两种溶液混合定容至100ml，在磁力搅拌器上搅拌溶液5min，滴加 氨水调解前驱液pH值于2-5之间；将两种溶液混合定容至IOOml ; ③ 将步骤①中处理后的基片置于步骤@配置的前驱液中进行薄膜沉积，沉积时间为 4-24h，沉积温度为30-60°C ; ?将最后沉积完成的薄膜在200-600°C条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑 薄膜。
[0009] 下面是本发明的几个实施例 实施例1 : 裁剪后的玻璃基片先后置于50ml蒸馈水、50ml丙酮、50ml无水乙醇中超声清洗30min， 然后于piranha溶液中浸泡处理lOmin，氮气吹干备用；将分析纯0· 003mol Na2S2O3 · 5H20 溶解于去离子水中，将分析纯〇. 〇〇2mol SbCl3 ·2Η20溶解于浓HCl中，然后将两种溶液混合 定容至100ml，在磁力搅拌器上搅拌溶液5min，滴加氨水调解前驱液pH值为2. O ;将处理后 的基片置于配制的前驱液中进行薄膜沉积，沉积时间为8h，沉积温度为30°C;将沉积完成的 薄膜在200°C条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑薄膜。
[0010] 制备成功的硫化锑薄膜XRD测试见图1，图中衍射峰与硫化锑薄膜特征峰对应，尖 锐说明制备的硫化锑薄膜结晶程度较高。制备成功的硫化锑薄膜SEM测试见图2,可知硫化 锑薄膜以球形层状模式生长。
[0011] 实施例2: 裁剪后的玻璃基片先后置于50ml蒸馈水、50ml丙酮、50ml无水乙醇中超声清洗30min， 然后于piranha溶液中浸泡处理30min，氮气吹干备用；将分析纯0· 003mol Na2S2O3 · 5H20 溶解于去离子水中，将分析纯〇. 〇〇2mol SbCl3 ·2Η20溶解于浓HCl中，然后将两种溶液混合 定容至100ml，在磁力搅拌器上搅拌溶液5min，滴加氨水调解前驱液pH值为5. 0 ;将处理后 的基片置于配制的前驱液中进行薄膜沉积，沉积时间为12h，沉积温度为50°C ;将沉积完成 的薄膜在400°C条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑薄膜。球层状形貌见图3。
[0012] 实施例3: 裁剪后的玻璃基片先后置于50ml蒸馈水、50ml丙酮、50ml无水乙醇中超声清洗30min， 然后于piranha溶液中浸泡处理60min，氮气吹干备用；将分析纯0· 003mol Na2S2O3 · 5H20 溶解于去离子水中，将分析纯〇. 〇〇2mol SbCl3 ·2Η20溶解于浓HCl中，然后将两种溶液混合 定容至100ml，在磁力搅拌器上搅拌溶液5min，滴加氨水调解前驱液pH值为3. 0 ;将处理后 的基片置于配制的前驱液中进行薄膜沉积，沉积时间为18h，沉积温度为30°C ;将沉积完成 的薄膜在600°C条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑薄膜。球层状形貌见图4。
[0013] 实施例4: 裁剪后的玻璃基片先后置于50ml蒸馈水、50ml丙酮、50ml无水乙醇中超声清洗30min， 然后于piranha溶液中浸泡处理5min，氮气吹干备用；将分析纯0· 003mol Na2S2O3 ·5Η20溶 解于去离子水中，将分析纯0. 002mol SbCl3 ·2Η20溶解于浓HCl中，然后将两种溶液混合定 容至100ml，在磁力搅拌器上搅拌溶液5min，滴加氨水调解前驱液pH值为5. 0 ;将处理后的 基片置于配制的前驱液中进行薄膜沉积，沉积时间为4h，沉积温度为60°C;将沉积完成的薄 膜在300°C条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑薄膜。球层状形貌见图5。
[0014] 实施例5 : 裁剪后的玻璃基片先后置于50ml蒸馈水、50ml丙酮、50ml无水乙醇中超声清洗30min， 然后于piranha溶液中浸泡处理20min，氮气吹干备用；将分析纯0· 003mol Na2S2O3 · 5H20 溶解于去离子水中，将分析纯〇. 〇〇2mol SbCl3 ·2Η20溶解于浓HCl中，然后将两种溶液混合 定容至100ml，在磁力搅拌器上搅拌溶液5min，滴加氨水调解前驱液pH值为4. 0 ;将处理后 的基片置于配制的前驱液中进行薄膜沉积，沉积时间为24h，沉积温度为40°C ;将沉积完成 的薄膜在500°C条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑薄膜。球层状形貌见图6。
【权利要求】
1. 一种球层状硫化锑薄膜制备方法，包含如下步骤： ① 基板前期处理 裁剪后的玻璃基片先后置于蒸馏水、丙酮、无水乙醇中超声清洗30min，然后置于piranha溶液中浸泡处理5-60min，取出后氮气吹干备用； ② 薄膜前驱液配制 将分析纯〇? 〇〇3molNa2S203 ? 5H20溶解于去离子水中，将分析纯0? 002molSbCl3 ? 2H20 溶解于浓HC1中，然后将两种溶液混合后定容，在磁力搅拌器上搅拌溶液5min，滴加氨水调 解前驱液pH值于2-5之间； ③ 将步骤①中处理后的基片置于步骤@配置的前驱液中进行薄膜沉积，沉积时间为 4-24h，沉积温度为30-60°C; ?将最后沉积完成的薄膜在200-600°C条件下进行2h热处理，最终得到球层状硫化锑 薄膜。
2. 根据权利要求1所述的一种球层状硫化锑薄膜制备方法，其特征在于：裁剪后的 玻璃基片先后置于50ml蒸馈水、50ml丙酮、50ml无水乙醇中超声清洗30min，然后置于 piranha溶液中浸泡处理5-60min，取出后氮气吹干备用；piranha溶液为H2S04与H202混合 溶液，两者体积比3 :1。
3. 根据权利要求1或2所述的一种球层状硫化锑薄膜制备方法，其特征在于：将分析 纯0? 003molNa2S203 ? 5H20溶解于去离子水中，将分析纯0? 002molSbCl3 ? 2H20溶解于浓 HC1中，然后将两种溶液混合定容至100ml。
【文档编号】C01G30/00GK104402049SQ201410616579
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】刘剑 申请人:唐山学院