一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法与流程

本发明涉及材料物理及化学领域，尤其涉及一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法。

背景技术：

近年来，环境的恶化以及核泄漏的发生使辐射探测器作为环境监测和核辐射预警的核心与基础。碘化铅(pbi2)作为一种极有发展前景的半导体辐射探测材料，具有较高的原子序数(zpb＝82，zi＝53)，综合物理化学性能优良，对x射线、γ射线和α射线具有很强的阻止本领，理论本征电阻率达10¹²ω·cm，其禁带宽度大(eg＝2.3—2.5ev)，其工作温度范围宽(常温到110℃)。由于其高的服饰探测灵敏度有利于在医学检测中降低辐射能量和剂量，以此来降低对人体的伤害；因此，近年来碘化铅成为了直接转换型x射线平板探测器研制的热点材料之一。

在碘化铅发展的几十年里，pbi2多晶膜的生长[cn201310181516—大面积碘化铅厚膜的制备方法及其实施设备；cn201810188405—一种形貌可控的碘化铅材料及其制备方法；xinghuazhu,peihuawangyang,huisun,etal.facilegrowthandcharacterizationoffreestandingsinglecrystalpbi2film,materialsletters,2016,180:59～62.cn201310219704—碘化铅光电导层基数字x射线平板探测器.zhux,sunh,yangd,etal.fabricationandcharacterizationofx—rayarraydetectorsbasedonpolycrystallinepbi2,thickfilms[j].journalofmaterialssciencematerialsinelectronics,2014,25(8):3337—3343.等]开展了大量相关的研究工作。目前，基于pbi2直接转换型数字平板辐射探测器主要研究pbi2的工艺制备，及其相关成像系统、电极结构和图像获取方式开展研究工作。

本发明所要解决的技术问题

本发明针对当前碘化铅多晶膜制备的一种有效改进，提供一种新的碘化铅多晶膜的生长方法及其实施装置，用于在衬底及tft基板上稳定高效的生长出性能优异的碘化铅多晶膜。

与传统的热蒸发法相比，有效的减少多晶膜的杂质缺陷，增加膜材料的沉积速率，提高多晶膜的致密度，提供一种制备方法简易的碘化铅多晶膜生长装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决碘化铅多晶膜制备的质量及效率问题，而提出的一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法，包括以下步骤，

本设备是制备面积为3.5cm×3.5cm—5cm×5cm，厚度为2um—2mm的碘化铅多晶膜的制备方法如下：

根据半导体清洗标准对ito玻璃衬底置于去离子水中超声清洗15min—30min，再放入乙醇中进行超声清洗15min—30min，接着放入丙酮中超声清洗15min，然后使用惰性气体枪吹干，最好放入清洗机中清洗15min—30min，取出放入指定烘箱中在150℃—200℃烘烤3h备用；

将清洗好的ito衬底安装在石墨导热板上，确保衬底的上表面与石墨紧密接触，以有利于衬底表面的温度均匀性和散热性；并将石墨板安装至钼螺杆上，将温度传感器线ⅱ放置与石墨板边缘的探头孔内；

将纯度为99.99％碘化铅粉末平铺于石墨蒸发舟的凹槽内，原料的面积为4.5cm×4.5cm—5cm×5cm，厚度在1mm—3mm之间；并将石墨蒸发舟同样安装至钼螺杆上，然后将温度传感器ⅰ放置与石墨蒸发舟边缘处的探头孔内；通过螺母调控石墨板与石墨蒸发舟之间的间距，保持原料的上表面与衬底下表面的间距在10mm—30mm左右；

将钼螺杆通过焊接在法兰上的螺母固定于法兰上，将生长装置整体放入石英管腔体内，通过法兰将碘化铅多晶膜真正装置悬挂于石英管腔体内，使石墨蒸发舟尽可能的接近石英管底，利用六角螺杆将法兰与石英管进行连接，扭紧螺杆以确保石英管腔体的密闭性；

通过抽真空系统对石英管管内腔体进行抽真空至1×10^-3pa—5×10^-3pa，开启温控系统，通过电阻炉对石英管底部及周围环境进行加热，以2℃—3℃/min的升温速率进行升温，对原料加热至180℃—220℃，并保持30min—120min，之后使其在真空环境下进行自然降温；等冷却至室温即可取出样品。

优选的，所述气体枪中气体为氮气。

优选的，所述指定烘箱中为真空。

优选的，所述清洗机为等离子清洗机。

优选的，所述超声清洗的时间最好为30min。

优选的，所述电阻炉一侧设有电源传输线。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法，具备以下有益效果：

本发明的加热方式结合了平板加热器及腔体环绕加热器，确保了多晶膜生长的温场均匀性及稳定性；提高了多晶膜生长的均匀性和稳定性。与当前的热蒸发相比，隔绝了蒸发源与加热源的直接接触，提高了加热源的稳定性，减少了蒸发过程中碘化铅对加热装置部分器件的污染，延长了装置的使用寿命；同时确保了加热源中可能存在的挥发性物质对多晶膜的污染，减少了多晶膜的缺陷；进一步提高了碘化铅多晶膜的各项性能指标。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法的结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法的真空热蒸发生长多晶膜的xrd图谱示意图；

图3位本发明提出的一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法碘化铅多晶膜表面形貌sem图像示意图。

图中：1温度传感器线ⅰ、2温度传感器线ⅱ、3电源传输线、4真空系统、5温控系统、6法兰、7石墨板、8衬底、9石墨蒸发舟、10钼螺杆、11石英管管内腔体、12电阻炉。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的发明仅仅是本发明一部分发明，而不是全部的发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1—3，一种基于真空热蒸发法的碘化铅多晶膜的制备方法，包括包括以下步骤

本设备是制备面积为3.5cm×3.5cm—5cm×5cm，厚度为2um—2mm的碘化铅多晶膜的制备方法如下：

根据半导体清洗标准对ito玻璃衬底置于去离子水中超声清洗15min—30min，再放入乙醇中进行超声清洗15min—30min，接着放入丙酮中超声清洗15min，然后使用惰性气体枪吹干，最好放入清洗机中清洗15min—30min，取出放入指定烘箱中在150℃—200℃烘烤3h备用；

将清洗好的ito衬底8安装在石墨导热板7上，确保衬底的上表面与石墨紧密接触，以有利于衬底表面的温度均匀性和散热性；并将石墨板7安装至钼螺杆10上，将温度传感器线ⅱ2放置与石墨板7边缘的探头孔内；

将纯度为99.99％碘化铅粉末平铺于石墨蒸发舟9的凹槽内，原料的面积为4.5cm×4.5cm—5cm×5cm，厚度在1mm—3mm之间；并将石墨蒸发舟9同样安装至钼螺杆10上，然后将温度传感器ⅰ1放置与石墨蒸发舟9边缘处的探头孔内；通过螺母调控石墨板7与石墨蒸发舟9之间的间距，保持原料的上表面与衬底8下表面的间距在10mm—30mm左右；

将钼螺杆10通过焊接在法兰6上的螺母固定于法兰6上，将生长装置整体放入石英管腔体内，通过法兰将碘化铅多晶膜真正装置悬挂于石英管腔体内，使石墨蒸发舟9尽可能的接近石英管底，利用六角螺杆将法兰与石英管进行连接，扭紧螺杆以确保石英管腔体的密闭性；

通过抽真空系统4对石英管管内腔体11进行抽真空至1×10—3pa—5×10—3pa，开启温控系统5，通过电阻炉12对石英管底部及周围环境进行加热，以2℃—3℃/min的升温速率进行升温，对原料加热至180℃—220℃，并保持30min—120min，之后使其在真空环境下进行自然降温；等冷却至室温即可取出样品。气体枪中气体为氮气，指定烘箱中为真空，清洗机为等离子清洗机，超声清洗的时间最好为30min，电阻炉12一侧设有电源传输线3。

实施案例1

本实施例中，面积为5cm×5cm，厚度500um的碘化铅多晶膜的制备方法如下：

本发明的工艺与发明1的工艺基本相同，其中不同之处在于：1、原料平铺于石墨蒸发舟9的面积约为6.5cm×6.5cm，原料的厚度约在1mm—1.5mm之间，衬底8的下表面与原料之间的间距在10mm左右，真空腔体11的真空度为2.5×10—2pa，1℃—150℃的升温数率为7℃/min，150℃—200℃的升温数率为5℃/min，200℃—230℃的升温数率为3℃/min，在230℃保温30min。

实施案例2

本实施例是制备面积为3.5cm×3.5cm，厚度2mm的碘化铅多晶膜的制备方法如下：

根据半导体清洗标准对ito玻璃衬底置于去离子水中超声清洗15min—30min，再放入乙醇中进行超声清洗15min—30min，接着放入丙酮中超声清洗15min以上，然后使用氮气枪吹干，最好放入等离子体清洗机中清洗15min—30min，取出放入真空烘箱中在200℃烘烤3h备用；

将清洗好的ito衬底8安装在石墨导热板7上，确保衬底的上表面与石墨紧密接触，以有利于衬底表面的温度均匀性和散热性；并将石墨板7安装至钼螺杆10上，将温度传感器线ⅱ2放置于石墨板7边缘的探头孔内；

将纯度为99.99％碘化铅粉末平铺于石墨蒸发舟9的凹槽内，原料的面积为4.5cm×4.5cm，厚度在1mm—3mm之间；并将石墨蒸发舟9同样安装至钼螺杆10上，然后将温度传感器线ⅰ1放置与石墨蒸发舟9边缘处的探头孔内；通过螺母调控石墨板7与石墨蒸发舟9之间的间距，保持原料的上表面与衬底8下表面的间距在10mm—20mm之间；

将钼螺杆10通过焊接在法兰6上的螺母固定于法兰6上，将生长装置整体放入石英管腔体内，通过法兰将碘化铅多晶膜真正装置悬挂于石英管腔体内，使石墨蒸发舟9尽可能的接近石英管底，利用六角螺杆将法兰与石英管进行连接，扭紧螺杆以确保石英管腔体的密闭性；

通过抽真空系统4对石英管管内腔体11进行抽真空至3×10^-3pa，开启温控系统5，通过电阻炉12对石英管底部及周围环境进行加热，以2℃/min的升温速率进行升温，对原料加热至220℃，并保持120min，之后使其在真空环境下进行自然降温；等冷却至室温即可取出样品。

实施案例3

本实施例是制备面积为5cm×5cm，厚度为200um的碘化铅多晶膜的制备方法如下：

根据半导体清洗标准对ito玻璃衬底置于去离子水中超声清洗15min—30min，再放入乙醇中进行超声清洗15min—30min，接着放入丙酮中超声清洗15min以上，然后使用氮气枪吹干，最好放入等离子体清洗机中清洗15min—30min，取出放入真空烘箱中在200℃烘烤3h备用；

将清洗好的ito衬底8安装在石墨导热板7上，确保衬底的上表面与石墨紧密接触，以有利于衬底表面的温度均匀性和散热性；并将石墨板7安装至钼螺杆10上，将温度传感器线ⅱ2放置与石墨板7边缘的探头孔内；

将纯度为99.99％碘化铅粉末平铺于石墨蒸发舟9的凹槽内，原料的面积为5cm×5cm，厚度在1mm—3mm之间；并将石墨蒸发舟9同样安装至钼螺杆10上，然后将温度传感器线ⅰ1放置与石墨蒸发舟9边缘处的探头孔内；通过螺母调控石墨板7与石墨蒸发舟9之间的间距，保持原料的上表面与衬底8下表面的间距在20min—30mm之间；

将钼螺杆10通过焊接在法兰6上的螺母固定于法兰6上，将生长装置整体放入石英管腔体内，通过法兰将碘化铅多晶膜真正装置悬挂于石英管腔体内，使石墨蒸发舟9尽可能的接近石英管底，利用六角螺杆将法兰与石英管进行连接，扭紧螺杆以确保石英管腔体的密闭性；

通过抽真空系统4对石英管管内腔体11进行抽真空至1×10^-3pa，开启温控系统5，通过电阻炉12对石英管底部及周围环境进行加热，以3℃/min的升温速率进行升温，对原料加热至180℃，并保持30min，之后使其在真空环境下进行自然降温；等冷却至室温即可取出样品。

实施案例4

本实施例是制备面积为3.5cm×3.5cm，厚度为800um的碘化铅多晶膜的制备方法如下：

根据半导体清洗标准对ito玻璃衬底置于去离子水中超声清洗15min—30min，再放入乙醇中进行超声清洗15min—30min，接着放入丙酮中超声清洗15min以上，然后使用氮气枪吹干，最好放入等离子体清洗机中清洗15min—30min，取出放入真空烘箱中在150℃烘烤3h备用；

将清洗好的ito衬底8安装在石墨导热板7上，确保衬底的上表面与石墨紧密接触，以有利于衬底表面的温度均匀性和散热性；并将石墨板7安装至钼螺杆10上，将温度传感器ⅱ2放置与石墨板7边缘的探头孔内；

将纯度为99.99％碘化铅粉末平铺于石墨蒸发舟9的凹槽内，原料的面积为4.5cm×4.5cm，厚度在1mm—2mm之间；并将石墨蒸发舟9同样安装至钼螺杆10上，然后将温度传感器ⅰ1放置与石墨蒸发舟9边缘处的探头孔内；通过螺母调控石墨板7与石墨蒸发舟9之间的间距，保持原料的上表面与衬底8下表面的间距在20mm左右；

将钼螺杆10通过焊接在法兰6上的螺母固定于法兰6上，将生长装置整体放入石英管腔体内，通过法兰将碘化铅多晶膜真正装置悬挂于石英管腔体内，使石墨蒸发舟9尽可能的接近石英管底，利用六角螺杆将法兰与石英管进行连接，扭紧螺杆以确保石英管腔体的密闭性；

通过抽真空系统4对石英管管内腔体11进行抽真空至5×10^-3pa，开启温控系统5，通过电阻炉12对石英管底部及周围环境进行加热，以3℃/min的升温速率进行升温，对原料加热至190℃，并保持60min，之后使其在真空环境下进行自然降温；等冷却至室温即可取出样品。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。