化学浴沉积法制备硫化铜薄膜的研究

来源 :安徽建筑大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sjzshiyijshan
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硫化铜是一种非常重要的p型半导体材料,具有出色的电磁学、光学特性,广泛应用于太阳能电池、光电转换开关、气敏传感器和光催化等领域。本文探索采用一种低温、环境友好的合成路线—化学浴沉积法(CBD)制备硫化铜薄膜。详细研究了化学浴沉积工艺参数,如溶液配比、pH、浓度、沉积温度和时间等对薄膜结构、厚度、形貌和光学性能的影响规律。研究发现沉积温度在65℃-70℃范围内,沉积2.5 h-3.0 h,pH在8.5-8.8之间可成功获得均匀致密的CuS薄膜;所制得的薄膜由垂直竖立于衬底表面的六方片状纳米片组成,薄膜表面光亮,可见光透过率达35%以上。通过控制反应参数,可制得厚度从40 nm至280 nm变化的CuS薄膜。研究结果表明溶液pH、配比和浓度均可通过调节溶液中游离态离子浓度从而调控异质成核和薄膜生长速率。pH从7.0升高至9.0,所得薄膜厚度从66 nm增加至150 nm,而透过率由78%降至50%;进一步调高pH,所得薄膜厚度反而降低,相应透过率增加。随着Cu2+与C6H5O73-比例的降低,所得薄膜从160 nm逐渐增加到280 nm,透过率从43%降至10%以下;随着Cu2+与S2-比例的升高,薄膜厚度从150 nm增至280 nm,而透过率从20%降至3%;当Cu2+:C6H5O73-:S2-=1:3/2:2时,随着溶液浓度增加,薄膜厚度逐渐增加至150 nm,透过率从50%降至38%。随着沉积温度升高,薄膜厚度从50 nm增至150 nm,并且在50℃-65℃范围厚度增长缓慢,65℃-80℃范围厚度随温度急剧增加,而透过率从54%降至35%,说明升高温度可加快沉积速率;而温度超过80℃后,膜厚反而降低,透过率增加,说明进一步升高温度导致均匀成核消耗大量原料,不利于薄膜的沉积生长。延长沉积时间,膜厚迅速增加,最后趋于平缓,膜厚达到最大值200 nm,相应透过率逐渐降低,由60%(沉积30 min薄膜)下降至38%(沉积5 h薄膜),符合化学浴沉积法制备薄膜的自催化动力学行为。这种低温低耗、环境友好的化学合成路线可以进一步扩大到其他半导体薄膜的制备研究。
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