一种高迁移率p型SrHfS3薄膜及其制备方法

一种高迁移率p型srhfs3薄膜及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及薄膜材料制备技术领域，尤其涉及一种高迁移率p型srhfs3薄膜及其制备方法。


背景技术：

2.光电器件是利用光电物理效应制成的各种功能器件，典型的光电器件包括薄膜晶体管、光电探测器、发光二极管等，其应用范围可涵盖光通讯、光显示、红外探测、医学探测和透视等多个领域。基于薄膜的光电器件能够实现器件的小型化和集成化，并提高光电器件性能，而高质量的半导体薄膜是实现高性能薄膜光电器件的必备因素。因此，针对新型半导体薄膜制备和性能的探索，是现代光电技术与微电子技术的前沿研究领域。尤其是具有高迁移率、良好稳定性和致密性的新型半导体薄膜，往往能够极大促进光电器件的发展，带来新颖的器件性能。
3.srhfs3是一种新型半导体材料，当前的研究表明其具有高稳定性、适宜的禁带宽度、良好的载流子传输特性等优势，并且其具有组成元素环境友好和地壳丰富度高等独特优点。然而现有的制备srhfs3薄膜的方法存在制备所得的srhfs3薄膜结晶性和稳定性不佳的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高迁移率p型srhfs3薄膜及其制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种高迁移率p型srhfs3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
7.s1.基于srhfo3靶材通过磁控溅射沉积获得前驱体薄膜；
8.s2.对前驱体薄膜进行硫化处理得到srhfs3薄膜。
9.优选的，步骤s1中磁控溅射沉积前驱体薄膜的步骤为：将srhfo3靶材置入磁控溅射系统中，进行磁控溅射沉积，制得前驱体薄膜。
10.优选的，靶材的直径是50.4mm，厚度为3mm，通过铜背板绑定以有利于散热。
11.优选的，步骤s1中，在磁控溅射之前，磁控溅射系统本底真空低于0.001pa；磁控溅射系统内基板为石英基板。
12.优选的，石英基板的尺寸为5
×
5cm2，使用有机溶剂和去离子水交替清洗石英基板，避免引入杂质。
13.优选的，步骤s1中，磁控溅射过程中，srhfo3溅射枪的功率为40w；溅射工作气体为氩气，氩气流量为10sccm，溅射压强为1pa，溅射时间为2h，基板温度为室温。
14.优选的，步骤s2硫化过程为：将步骤s1中获得的前驱体薄膜置于管式炉中，使用机械泵抽至本底真空，通入硫化气体进行硫化，设置管式炉升温至硫化温度并保温，然后降至室温后获得srhfs3薄膜。
15.优选的，使用机械泵抽至本底真空低于0.1pa，通入硫化气体后炉内压强为30pa，硫化温度为1000-1050℃。
16.优选的，硫化时间大于4h。
17.优选的，硫化反应后，以5℃/min的降温速率降温至室温。
18.优选的，硫化气体为二硫化碳气体和硫化氢气体中的一种。
19.上述高迁移率p型srhfs3薄膜的制备方法制备所得的高迁移率p型srhfs3薄膜。
20.本发明的有益效果为：
21.本发明提供了一种制备srhfs3薄膜的方法，其成本低，操作简单。所需要的原材料例如srhfo3等可以很方便在市场上购置。所获得的srhfs3薄膜具有良好结晶性、稳定性。srhfs3特殊的畸变钙钛矿结构赋予了该材料较高的迁移率、良好的光吸收特性，此外考虑到该材料为环境友好的无铅钙钛矿材料，更有希望应用于新型光电器件。
附图说明
22.图1是本发明所述的srhfs3薄膜制备方法流程图和设备示意图；
23.图2是本发明实施例1中制备的srhfs3薄膜x射线衍射图，其经过50％-70％湿度环境中400℃稳定性测试后的x射线衍射图，和标准粉末衍射参考图。
24.图3是本发明实施例1中制备的srhfs3薄膜扫描电镜形貌图。
25.图4是本发明实施例1中制备的srhfs3薄膜能量色散x射线图(eds)；
26.图5是本发明实施例1中制备的srhfs3薄膜的pl测试图谱；
27.图6是本发明实施例1中制备的srhfs3薄膜的tauc plot图谱。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.实施例1
30.步骤s1：将srhfo3靶材放置于磁控溅射系统，抽真空至低于0.001pa，然后通过进气系统通入氩气，打开主阀调节压力，分别调至启辉条件，成功启辉后调整氩气流量为10sccm，磁控溅射系统内部气压为1pa，射频功率为40w，基板温度为室温，先预溅射0.5h，去除靶材上面的杂质，之后打开挡板，在石英片上进行沉积，沉积2h后，关闭靶材和基板挡板，将功率缓慢降下来之后关闭功率，关闭进气系统，通入氩气打开腔门，取出氧化物前驱体薄膜。
31.步骤s2：将步骤s1获得的氧化物前驱体薄膜放入管式炉进行高温硫化，首先关闭进气口、充气阀，使用旋片式机械泵将炉管抽真空至0.1pa以下，设置升温程序以5℃/min的升温速率升高温度至1050℃，在升温至200℃时通过进气口通入还原性气体cs2，一方面做保护气氛，另一方面作为还原剂对氧化物前驱体进行硫化，维持工作气压在30pa，6h后，以5℃/min的降温速率降温至200℃，停止还原性气体的通入，等待降至室温，打开放气阀，待炉管内压强到达一个大气压，取出制备得到的srhfs3薄膜。
32.图1是本发明实施例1的制备方法流程图；
33.图2是本发明实施例1获得的srhfs3薄膜x射线衍射图、经过50％-70％湿度环境中
400℃稳定性测试后的x射线衍射图以及标本粉末衍射图。可以看出，无论是制备得到的srhfs3薄膜还是经过湿热稳定性测试之后的srhfs3薄膜，其主衍射峰以及峰强均为发生明显变化，即晶体结构没有明显变化，且所有的峰都能够匹配srhfs3标准峰，表明所制备的srhfs3薄膜无其他杂质相。
34.图3是本发明实施例1获得的srhfs3薄膜扫描电镜形貌图，可以看出，得到的srhfs3薄膜表面形貌平整且致密。
35.图4是本发明实施例1中获得srhfs3薄膜能量色散x射线图(eds)，处了基板元素si之外，只含有sr、hf、s三种元素，符合预期结果，不含有其他杂质元素，结果证明，本发明所论述的方法可以避免其他杂质的引入。
36.图5是本发明实施例1中制备的srhfs3薄膜的pl测试图谱，可见srhf3薄膜的带隙宽度为2.37ev，接近理论带隙宽度。
37.图6是本发明实施例1中制备的srhfs3薄膜的tauc-plot图，可确定其禁带宽度为2.35ev，和图5中pl所确定的带隙宽度一致。
38.表1是本发明实施例1中制备的srhfs3薄膜的霍尔报表，可见其载流子浓度为3
×
10
17
cm-3
、迁移率大于140cm2/v
·
s的p型半导体，其电阻率可低至0.13ohm
·
cm，表明其具有良好的导电性。
39.表1
[0040][0041]
实施例2
[0042]
步骤s1，与实施例1中步骤s1相同；
[0043]
步骤s2，将步骤s1获得的氧化物前驱体薄膜放入管式炉进行高温硫化，首先关闭进气口、充气阀，使用旋片式机械泵将炉管抽真空至0.1pa以下，设置升温程序以5℃/min的升温速率升高温度至1050℃，在升温至200℃时通过进气口通入还原性气体h2s，一方面做保护气氛，另一方面作为还原剂对氧化物前驱体进行硫化，维持工作气压在30pa，6h后，以5℃/min的降温速率降温至200℃，停止还原性气体的通入，等待降至室温，打开放气阀，待炉管内压强到达一个大气压，取出制备得到的srhfs3薄膜。
[0044]
实施例2与实施例1不同的地方在于使用了还原性气体h2s替换cs2。
[0045]
实施例3
[0046]
步骤s1，与实施例1中步骤s1相同；
[0047]
步骤s2，将步骤s1获得的氧化物前驱体薄膜放入管式炉进行高温硫化，首先关闭进气口、充气阀，使用旋片式机械泵将炉管抽真空至0.1pa以下，设置升温程序以5℃/min的升温速率升高温度至1000℃，在升温至200℃时通过进气口通入还原性气体h2s，一方面做保护气氛，另一方面作为还原剂对氧化物前驱体进行硫化，维持工作气压在30pa，6h后，以5℃/min的降温速率降温至200℃，停止还原性气体的通入，等待降至室温，打开放气阀，待炉
管内压强到达一个大气压，取出制备得到的srhfs3薄膜。
[0048]
实施例3与上述实施例1和2不同的地方在于使用了较低的硫化温度1000℃。
[0049]
本发明提供了一种制备srhfs3薄膜的方法，其成本低，操作简单。所需要的原材料例如srhfo3等可以很方便在市场上购置。所获得的srhfs3薄膜具有良好结晶性、稳定性。srhfs3特殊的畸变钙钛矿结构赋予了该材料较高的迁移率、良好的光吸收特性，此外考虑到该材料为环境友好的无铅钙钛矿材料，更有希望应用于新型光电器件。
[0050]
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。