硫族化物薄膜沉積綜述CHALCOGENIDE THIN FILMS DEPOSITION | A COMPLETE OVERVIEW

硫族化物薄膜沉積綜述CHALCOGENIDE THIN FILMS DEPOSITION | A COMPLETE OVERVIEW

硫族化合物薄膜沉積
硫族化合物是含有元素周期表第16族元素(硫、硒、碲等)中的至少一種硫族元素的材料。硫族化合物二元、三元和四元衍生物廣泛用于光伏、光催化劑、傳感器、燃料電池和電池制造。

 

硫族化合物的性質(zhì)
硫族化合物,如過渡金屬硫族化物,含有硫族陰離子,如S2?、Se2?或Te2?,以及至少一種正電元素。硫族化合物具有窄帶隙能量,這導(dǎo)致硫族化合物玻璃的特殊光學(xué)性質(zhì),如高折射率、紅外(IR)透明度、非線性光學(xué)性質(zhì)和從非晶到結(jié)晶的可逆相變。硫系玻璃可以拋光或加工成平面、球形或其他形狀,用于各種應(yīng)用。

 

硫族化合物的薄膜應(yīng)用
硫族化合物薄膜以其窄帶隙能量、無毒性、生物相容性、經(jīng)濟(jì)性和易合成性而被廣泛應(yīng)用。硫族化合物薄膜可用于生產(chǎn):
光伏電池
太陽能電池
燃料電池
電池
氣體傳感器
超級電容器
光學(xué)成像
全息圖記錄
光學(xué)大容量存儲器
紅外光纖

 

硫系玻璃和透鏡在某些應(yīng)用中可以取代昂貴的材料,如Ge、ZnSe和ZnS。硫系玻璃具有良好的色散、良好的透射率、可忽略的由于溫度變化引起的折射率變化(Δn/ΔT)以及寬的帶寬。

 

硫族化合物薄膜沉積方法
薄膜的光學(xué)性能和其他特性(熱、機(jī)械、電阻、化學(xué)、光敏等)在很大程度上取決于沉積方法。根據(jù)薄膜的沉積方式,可以控制化學(xué)計量、結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)和許多其他特征。硫族化合物薄膜可以通過化學(xué)或物理途徑沉積,如物理氣相沉積(PVD)技術(shù)。

 

硫系化合物薄膜的化學(xué)沉積
硫族化物可以在稱為化學(xué)氣相沉積(CVD)的化學(xué)過程中從氣相沉積。在這種方法中,氣體前體在氣相或襯底-氣體界面反應(yīng),在襯底上產(chǎn)生薄膜,因此薄膜的成分與氣體不同。CVD技術(shù)具有使用高純度前體和高沉積速率(約1μm/min)形成厚度(和成分)均勻的膜的優(yōu)點。然而,這種沉積技術(shù)也有其缺點,例如是一種高溫工藝,并且可以通過這種方法涂覆的材料范圍有限。

 

熱蒸發(fā)
熱蒸發(fā)法用于沉積二元硫系化合物材料,如as-S(Se)和Ge-S(Se)。該方法也用于沉積用于X射線敏感平板的非晶硒。熱蒸發(fā)在薄膜沉積方法中非常流行,因為它簡單、低成本、可重復(fù)性、良好的工藝控制以及在大面積的基底上涂覆元素、合金和化合物涂層的能力。

 

硫系化合物薄膜沉積中的濺射
濺射是廣泛應(yīng)用硫系化合物薄膜的最合適的方法之一。它可以用于沉積二元(例如a-Ge-Te)、三元(例如a-Ge-Ga-S)或多組分(例如a-Ag-In-Sb-Te)玻璃。濺射是用于沉積用于光學(xué)和電氣數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用的硫族化物膜的主要工業(yè)技術(shù)。
使用濺射方法在所有襯底區(qū)域中最好地實現(xiàn)厚度均勻性控制,但是使用該方法硫族化合物材料的沉積速率低并且小于每秒1nm。由于大多數(shù)硫族化合物材料的電導(dǎo)率較低,因此建議對這些材料使用RF濺射和背鍍靶材。

 

硫系化合物薄膜沉積中的脈沖激光
脈沖激光沉積(PLD)方法也已用于沉積硫族化合物的薄膜。使用這種方法的優(yōu)點之一是沉積具有與靶材料完全相同化學(xué)計量的薄膜,盡管這種特征取決于脈沖功率密度。不同的沉積條件也會影響PLD膜的結(jié)構(gòu)。燒蝕物質(zhì)的高能量導(dǎo)致所制備的膜與襯底的高密度和良好的粘附性。這些膜的感光度降低在光學(xué)器件制造中是有利的。

 

 

References

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