[发明专利]微波水热辅助溶胶凝胶法制备硫化铜薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于硫化铜薄膜的制备方法，具体涉及一种微波水热辅助溶胶凝胶法制备硫化铜薄膜的方法。

背景技术

近年来由于过渡金属硫化物所具有的优异的物理化学性能，如在半导体、发光装置及超导等方面具有潜在的应用价值而受到科研工作者的极大兴趣。CuS是很重要的p型半导体，带隙能为2.0eV。由于具有优异的传导性、电学、光学性质，被广泛地应用在热电偶、滤光器、太阳能电池、传感器和催化等领域。

目前制备硫化物薄膜的方法主要有连续离子层吸附反应法[M.Ali Yildirim，Aytunc Ates，，Aykut Astam.Annealing and light effect on structural，optical and electrical properties of CuS，CuZnS and ZnS thin films grown by the SILAR method[J].Physica.E，2009，41：1365-1372.]、化学浴法[Qi Liua，Mao Guobing，Ao Jianping.Chemical bath-deposited ZnS thin films：Preparation and characterization[J].Applied Surface Science，2008，254：5711-5714.]、等离子体法[Y.Rodríguez-Lazcano，H.Martínez，et al.Properties of CuS thin films treated in air plasma[J].Thin Solid Films，2009，517：5951-5955.]、喷雾热解法[Cristina Nagcu，Ileana Pop，et al.Spray pyrolysis deposition of CuS thin films[J].Materials Letters，1997，32：73-77.]等。然而这些方法通常需要特殊的仪器，或者需要严格的实验条件和比较长的反应时间。而且由于在合成硫化铜的过程中有大量的H₂S气体生成，如反应敞开体系中进行，则不可避免地会对环境造成一定的污染。在因此，寻找一种易于操作，环境友好和成本低廉的方法显得颇为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉，操作简单且环境友好的微波水热辅助溶胶凝胶法制备硫化铜薄膜的方法。该方法充分结合了溶胶凝胶法工艺简单，镀膜均匀和微波水热法快速加热，反应周期短，结晶度高的优点，来制备硫化铜薄膜。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)将玻璃基板浸泡在稀盐酸中，使用超声波震荡30min～60min后，用蒸馏水洗涤干净，然后将基板置于浓硫酸、双氧水和去离子水的混合溶液中进行活化处理，静置24-72h，取出后用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，再置于无水乙醇中，备用；

其中浓硫酸、双氧水和去离子水的体积比为1∶1∶1；

2)将分析纯的乙酸铜(Cu(CH₃COO)₂·H₂O)加入到乙醇中，制成乙酸铜浓度为0.003mol/L-0.1mol/L的透明溶液，并加入与乙酸铜等物质的量的三乙醇胺(C₂H₇NO)作为稳定剂，然后置于60℃的水浴中回流2-6h，形成均匀透明溶胶，之后放置在室温下陈化6-24h得溶胶A；

3)将步骤1)处理过的玻璃基板用氮气吹干，浸入溶胶A中，采用匀速提拉法对其进行镀膜，镀膜次数为1-3次，将镀膜后的基板记为B：

4)将B基板放置于室温下，自然晾干，然后放入鼓风干燥箱中，继续干燥0.5h，干燥温度为100-150℃，干燥后的基板记为C；

5)将硫代乙酰胺(C₂H₅NS)或硫脲(SC(NH₂)₂)加入去离子水中，配制成硫代乙酰胺或硫脲浓度为0.006mol/L-0.2mol/L的溶液D；

6)将溶液D转入微波水热反应釜中，填充度为50％-80％，然后将C基板垂直放入反应釜中进行硫化，密封后将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式进行反应，将反应温度控制在100-150℃，反应时间控制在10-60min，反应结束后自然冷却到室温；

7)将基板取出，分别用去离子水和无水乙醇洗涤干净，然后在40℃下真空干燥得到硫化铜薄膜。