[发明专利]单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及应用

说明书

本发明涉及晶体材料技术领域，公开了一种具有普适性的单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及应用。该具有普适性的单晶薄膜制备方法由以下具体操作步骤得到：(1)将饱和溶液A引入晶种模板M和目标基材N之间，所述晶种模板M为附着有晶种的基材且晶种模板M与饱和溶液A接触的一侧为附着有晶种的一侧；(2)除去饱和溶液A中的溶剂，制得单晶薄膜。所述的单晶薄膜的厚度可由晶种尺寸控制并可实现单晶薄膜在不同基材上的制备。本发明解决了单晶薄膜制备过程中随机成核问题，方法简单、快速、节约成本，且对大部分可溶液加工的材料可行，具有普适性。

技术领域

本发明涉及晶体材料技术领域，具体涉及一种具有普适性的单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及应用。

背景技术

单晶薄膜具有较低的缺陷密度和较高的结晶质量，基于单晶薄膜的半导体器件在光电器件领域有较重要的工业应用前景。

目前，单晶薄膜的制备方法很多，CN1354495A公开了一种生产单晶薄膜的方法，包括在绝缘基材上形成非单晶薄膜；将非单晶薄膜进行第一次热处理，由此形成多晶晶粒排列成近似规则的图形的多晶薄膜；及将多晶薄膜进行第二次热处理，由此形成多晶晶粒互相结合的单晶薄膜。

CN106702495A公开了一种单晶薄膜的制备方法，在基板上形成具有三段结构的非晶薄膜；非晶薄膜的第一区、第二区和第三区依次连接，第二区为细长结构，其宽度小于多晶生成的最小宽度；使用物理手段，依次对第一区、第二区和第三区逐渐结晶，最终第一区、第二区和第三区分别形成多晶薄膜区、选择薄膜区和单晶薄膜区，去掉多晶薄膜区和选择薄膜区，即可制得单晶薄膜。

上述方法均采用热处理使多晶晶粒融合形成单晶薄膜，但是采用这种方法，工艺复杂，形成单晶薄膜的结晶质量较差。

CN103436949A公开了一种有机半导体化合物的单晶薄膜及其制备方法与应用，其在腔室中装入有机半导体化合物的溶液，将基材插入有机半导体化合物的溶液中并固定，控制腔室的真空度使装有有机半导体化合物的溶液的有机溶剂挥发，在基材上形成有机半导体化合物的单晶薄膜。

CN103069555A公开了一种有机半导体薄膜以及有机半导体单晶薄膜的制备方法，其在基板上分别喷涂第一墨水和第二墨水，第一墨水是将有机半导体溶解于第一有机溶剂中得到的墨水，第二墨水是由第二有机溶剂构成的墨水。第一墨水和第二墨水在基板上混合，混合后的液滴中的溶剂蒸发形成有机半导体薄膜。

但以上方法工艺复杂、晶种成核随机、结晶质量不佳，不能实现对单晶薄膜形成过程中的精确成核控制、不同材料的单晶薄膜在不同基材上的生长以及大规模可控制备单晶薄膜。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的晶种成核随机、结晶质量不佳，浪费原料，不能大规模制备单晶薄膜的问题，提供一种具有普适性的单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及应用，本发明能够有效地降低晶种随机成核的概率、提高单晶薄膜的结晶质量，实现不同材料的单晶薄膜在不同基材上的可控生长以及单晶薄膜的可控大规模制备。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种具有普适性的单晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将饱和溶液A引入晶种模板M和目标基材N之间，所述晶种模板M为附着有晶种的基材且晶种模板M与饱和溶液A接触的一侧为附着有晶种的一侧；

（2）除去饱和溶液A中的溶剂，制得单晶薄膜。

本发明第二方面在于提供了一种单晶薄膜，该单晶薄膜采用上述的制备方法制得。

本发明第三方面在于提供了一种单晶薄膜在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、场效应晶体管或者激光中的应用。

采用本发明的方法制备单晶薄膜时，将晶种模板引入结晶体系，通过晶种竞争生长，极大程度抑制晶种随机成核，对晶种生长进行导向，提高单晶薄膜的结晶质量。