一種球層狀硫化銻薄膜製備方法

2023-10-05 14:42:09

一種球層狀硫化銻薄膜製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種球層狀硫化銻薄膜製備方法，屬於液相沉積製備功能材料【技術領域】。技術方案：首先將分析純0.003molNa2S2O3·5H2O溶解於去離子水中，將分析純0.002molSbC13·2H2O溶解於濃HCl中，混合兩種溶液並定容至100ml，磁力攪拌溶液5min，滴加氨水調解前驅液不同pH值；然後將蒸餾水、丙酮、無水乙醇中超聲清洗30min、piranha溶液浸泡處理、氮氣吹乾的玻璃基片置於薄膜前驅液中進行沉積；最後將不同沉積時間和不同沉積溫度製備的薄膜在一定溫度條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻薄膜。本發明採用液相沉積技術可以在玻璃基板上製備出層球狀的硫化銻薄膜，而且製備設備價格低廉、製備環境常溫常壓、製備工藝流程簡單。
【專利說明】一種球層狀硫化銻薄膜製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種球層狀硫化銻薄膜製備方法，屬於液相沉積製備功能材料技術領 域。

【背景技術】
[0002] 硫化銻（Sb2S3)是具有高度各向異性和正交晶相層狀結構的主族金屬硫化物A 2S3 中的一種。硫化銻是一種直接能帶半導體，因為其本徵能帶係為I. 72eV，處於太陽光譜的可 見光區且具有良好的光量子效應，其極好的光電導性和高熱電性能被廣泛用於各種光電子 器件。
[0003] 常用來製備Sb2S3薄膜的方法有仿生法、水熱法、無水化學沉積法、氣相沉積法、高 溫分解法、熱真空噴鍍法和電鍍法等。以上這些薄膜技術往往需要複雜的技術設備或嚴格 的製備環境，例如水熱法是在高溫高壓環境下完成的，而氣相沉積是在氣相儀上實現的，熱 真空噴鍍法需要一定的真空度和保護氣氛；氣相沉積方法多在電容式耦合等離子體化學氣 相沉積系統上進行，實際生產中由於對技術設備條件要求高，使得設備昂貴，又因腐蝕嚴重 使得組裝代價高，成本一般讓人難以接受。相比之下，高溫熱分解法則具有工藝設備簡單， 低成本等優點，但其工藝也有不足之處，例如製備過程中需加入大量的有機溶劑，不但使制 備成本增高，同時在後續的乾燥和煅燒過程中不易逸出的有機溶劑會產生碳汙染等。


【發明內容】

[0004] 本發明目的是提供一種球層狀硫化銻薄膜製備方法，利用piranha(濃硫酸與雙氧 水的混合物）化學與液相沉積技術相結合，在玻璃基板上沉積球層狀硫化銻薄膜，具有不需 昂貴機械設備、製備工藝流程簡單、操作方便等特點，解決【背景技術】中存在的上述問題。
[0005] 本發明的技術方案是： 一種球層狀硫化銻薄膜製備方法，包含如下步驟： ① 基板前期處理 裁剪後的玻璃基片先後置於蒸餾水、丙酮、無水乙醇中超聲清洗30min，然後置於 piranha溶液中浸泡處理5-60min，取出後氮氣吹乾備用； ② 薄膜前驅液配製 將分析純〇· 〇〇3mol Na2S2O3 · 5H20溶解於去離子水中，將分析純0· 002mol SbCl3 · 2H20 溶解於濃HCl中，然後將兩種溶液混合後定容，在磁力攪拌器上攪拌溶液5min，滴加氨水調 解前驅液pH值於2-5之間； ③ 將步驟①中處理後的基片置於步驟@配置的前驅液中進行薄膜沉積，沉積時間為 4-24h，沉積溫度為30-60°C ; @將最後沉積完成的薄膜在200-600°C條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻 薄膜。
[0006] 本發明的積極效果是：本發明相對於現有的硫化銻薄膜製備技術，克服水熱法的 高溫高壓環境、熱真空噴鍍法的苛刻真空條件、氣相沉積需要昂貴機械設備、高溫分解法的 有機溶劑汙染等技術缺陷；利用piranha溶液處理基板技術與液相沉積技術相結合，可以 在玻璃基板上製備出層球狀的硫化銻薄膜，而且製備設備價格低廉、製備環境常溫常壓、制 備工藝流程簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是本發明實施例1製備的球層狀硫化銻薄膜XRD圖； 圖2是本發明實施例1製備的球層狀硫化銻薄膜SEM圖； 圖3是本發明實施例2製備的球層狀硫化銻薄膜SEM圖； 圖4是本發明實施例3製備的球層狀硫化銻薄膜SEM圖； 圖5是本發明實施例4製備的球層狀硫化銻薄膜SEM圖； 圖6是本發明實施例5製備的球層狀硫化銻薄膜SEM圖。

【具體實施方式】
[0008] 下面通過實施例對本發明作進一步說明 一種球層狀硫化銻薄膜製備方法，包含如下步驟： ① 基板前期處理 裁剪後的玻璃基片先後置於50ml蒸饋水、50ml丙酮、50ml無水乙醇中超聲清洗30min， 然後置於piranha溶液中浸泡處理5-60min，取出後氮氣吹乾備用；piranha溶液為H2SO4與 H2O2混合溶液，兩者體積比3 :1 ; ② 薄膜前驅液配製 將分析純〇· 〇〇3mol Na2S2O3 · 5H20溶解於去離子水中，將分析純0· 002mol SbCl3 · 2H20 溶解於濃HCl中，然後將兩種溶液混合定容至100ml，在磁力攪拌器上攪拌溶液5min，滴加 氨水調解前驅液pH值於2-5之間；將兩種溶液混合定容至IOOml ; ③ 將步驟①中處理後的基片置於步驟@配置的前驅液中進行薄膜沉積，沉積時間為 4-24h，沉積溫度為30-60°C ; ?將最後沉積完成的薄膜在200-600°C條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻 薄膜。
[0009] 下面是本發明的幾個實施例 實施例1 : 裁剪後的玻璃基片先後置於50ml蒸饋水、50ml丙酮、50ml無水乙醇中超聲清洗30min， 然後於piranha溶液中浸泡處理lOmin，氮氣吹乾備用；將分析純0· 003mol Na2S2O3 · 5H20 溶解於去離子水中，將分析純〇. 〇〇2mol SbCl3 ·2Η20溶解於濃HCl中，然後將兩種溶液混合 定容至100ml，在磁力攪拌器上攪拌溶液5min，滴加氨水調解前驅液pH值為2. O ;將處理後 的基片置於配製的前驅液中進行薄膜沉積，沉積時間為8h，沉積溫度為30°C;將沉積完成的 薄膜在200°C條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻薄膜。
[0010] 製備成功的硫化銻薄膜XRD測試見圖1，圖中衍射峰與硫化銻薄膜特徵峰對應，尖 銳說明製備的硫化銻薄膜結晶程度較高。製備成功的硫化銻薄膜SEM測試見圖2,可知硫化 銻薄膜以球形層狀模式生長。
[0011] 實施例2: 裁剪後的玻璃基片先後置於50ml蒸饋水、50ml丙酮、50ml無水乙醇中超聲清洗30min， 然後於piranha溶液中浸泡處理30min，氮氣吹乾備用；將分析純0· 003mol Na2S2O3 · 5H20 溶解於去離子水中，將分析純〇. 〇〇2mol SbCl3 ·2Η20溶解於濃HCl中，然後將兩種溶液混合 定容至100ml，在磁力攪拌器上攪拌溶液5min，滴加氨水調解前驅液pH值為5. 0 ;將處理後 的基片置於配製的前驅液中進行薄膜沉積，沉積時間為12h，沉積溫度為50°C ;將沉積完成 的薄膜在400°C條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻薄膜。球層狀形貌見圖3。
[0012] 實施例3: 裁剪後的玻璃基片先後置於50ml蒸饋水、50ml丙酮、50ml無水乙醇中超聲清洗30min， 然後於piranha溶液中浸泡處理60min，氮氣吹乾備用；將分析純0· 003mol Na2S2O3 · 5H20 溶解於去離子水中，將分析純〇. 〇〇2mol SbCl3 ·2Η20溶解於濃HCl中，然後將兩種溶液混合 定容至100ml，在磁力攪拌器上攪拌溶液5min，滴加氨水調解前驅液pH值為3. 0 ;將處理後 的基片置於配製的前驅液中進行薄膜沉積，沉積時間為18h，沉積溫度為30°C ;將沉積完成 的薄膜在600°C條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻薄膜。球層狀形貌見圖4。
[0013] 實施例4: 裁剪後的玻璃基片先後置於50ml蒸饋水、50ml丙酮、50ml無水乙醇中超聲清洗30min， 然後於piranha溶液中浸泡處理5min，氮氣吹乾備用；將分析純0· 003mol Na2S2O3 ·5Η20溶 解於去離子水中，將分析純0. 002mol SbCl3 ·2Η20溶解於濃HCl中，然後將兩種溶液混合定 容至100ml，在磁力攪拌器上攪拌溶液5min，滴加氨水調解前驅液pH值為5. 0 ;將處理後的 基片置於配製的前驅液中進行薄膜沉積，沉積時間為4h，沉積溫度為60°C;將沉積完成的薄 膜在300°C條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻薄膜。球層狀形貌見圖5。
[0014] 實施例5 : 裁剪後的玻璃基片先後置於50ml蒸饋水、50ml丙酮、50ml無水乙醇中超聲清洗30min， 然後於piranha溶液中浸泡處理20min，氮氣吹乾備用；將分析純0· 003mol Na2S2O3 · 5H20 溶解於去離子水中，將分析純〇. 〇〇2mol SbCl3 ·2Η20溶解於濃HCl中，然後將兩種溶液混合 定容至100ml，在磁力攪拌器上攪拌溶液5min，滴加氨水調解前驅液pH值為4. 0 ;將處理後 的基片置於配製的前驅液中進行薄膜沉積，沉積時間為24h，沉積溫度為40°C ;將沉積完成 的薄膜在500°C條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻薄膜。球層狀形貌見圖6。
【權利要求】
1. 一種球層狀硫化銻薄膜製備方法，包含如下步驟： ① 基板前期處理 裁剪後的玻璃基片先後置於蒸餾水、丙酮、無水乙醇中超聲清洗30min，然後置於piranha溶液中浸泡處理5-60min，取出後氮氣吹乾備用； ② 薄膜前驅液配製 將分析純〇? 〇〇3molNa2S203 ? 5H20溶解於去離子水中，將分析純0? 002molSbCl3 ? 2H20 溶解於濃HC1中，然後將兩種溶液混合後定容，在磁力攪拌器上攪拌溶液5min，滴加氨水調 解前驅液pH值於2-5之間； ③ 將步驟①中處理後的基片置於步驟@配置的前驅液中進行薄膜沉積，沉積時間為 4-24h，沉積溫度為30-60°C; ?將最後沉積完成的薄膜在200-600°C條件下進行2h熱處理，最終得到球層狀硫化銻 薄膜。
2. 根據權利要求1所述的一種球層狀硫化銻薄膜製備方法，其特徵在於：裁剪後的 玻璃基片先後置於50ml蒸饋水、50ml丙酮、50ml無水乙醇中超聲清洗30min，然後置於 piranha溶液中浸泡處理5-60min，取出後氮氣吹乾備用；piranha溶液為H2S04與H202混合 溶液，兩者體積比3 :1。
3. 根據權利要求1或2所述的一種球層狀硫化銻薄膜製備方法，其特徵在於：將分析 純0? 003molNa2S203 ? 5H20溶解於去離子水中，將分析純0? 002molSbCl3 ? 2H20溶解於濃 HC1中，然後將兩種溶液混合定容至100ml。
【文檔編號】C01G30/00GK104402049SQ201410616579
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】劉劍 申請人:唐山學院