[发明专利]合金化合物薄膜的分立式多热丝沉积方法及装置

说明书

本发明公开了合金化合物薄膜的分立式多热丝沉积方法及装置，该方法包括如下步骤：将真空腔室抽成真空；由外部电源加热真空腔室内的两条或多条热丝；真空腔室内通入至少一种反应气体；反应气体与热丝表面发生反应形成金属化合物；控制热丝加热温度使金属化合物升华并沉积到位于真空腔室内的衬底基板表面，从而形成金属化合物薄膜。本发明将热丝作为加热源同时也作为原材料，实现多元金属化合物薄膜的制备。本发明制备得到的多元金属化合物薄膜可以广泛应用于太阳电池、电致变色器件、超级电容器、光电传感器、晶体管等器件中。

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，特别涉及一种合金化合物薄膜的分立式多热丝沉积方法及装置。

背景技术

目前，随着科学技术的发展，各种光电器件普遍采用新材料和新技术以不断优化材料特性、提高器件性能。金属化合物以及合金化合物由于其特定的光电特性、力学特性等广泛应用各种光电器件。相比于单一金属化合物(如金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物甚至金属氟化物以及金属氧氮化合物等)，二元以及多元金属化合物材料表现其独特以及更加优异的材料特性，实现器件更好的性能。因此，多元化物材料的制备和研究已经成为重要的研究方向，由此开发出更先进的新材料和新制备技术。例如，在电致变色器件中，金属氧化物如氧化钨(WO₃)和氧化镍(NiO)被用作电致变色器件的变色层和离子存储层。尽管如此，WO₃与其它金属如Co、Mo、Hf、Nb、Sn、Ti等的金属氧化物形成二元金属氧化物(Me_XW₍₁-X)O₃)或者多元金属氧化物，NiO与其它金属如V、Zr、Nb、Ta、Al等形成二元或者多元氧化物，可以实现更加优异的电致变色性能。同样，在薄膜太阳能电池中如碲化镉(CdTe)太阳能电池、铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池方面，通常可以采用过渡金属氧化物如氧化钼MoO₃和WO₃等材料来调节材料的接触特性(功函数)。此外，晶体硅太阳电池通常制备一层或者多层金属氧化物、金属氮化物以及金属硫化物对电极表面进行钝化作用、减反作用、前表面场和背表面场作用，以及与晶体硅材料形成p-n异质结等各种作用。金属化合物在晶体管中可以作为绝缘层或者介电材料实现其良好的开关特性等。而新型的多元金属化合物的应用更将拓展和提升各种光电器件的功能和相应性能。

通常，单元金属化合物材料可以采用真空技术的物理方法和化学方法如磁控溅射沉积、原子层沉积、脉冲激光沉积、分子束外延沉积、等离子体化学气相沉积、金属有机物化学气相沉积方法、热蒸发、电子束蒸发等以及非真空工艺的化学水浴法、溶胶凝胶、热喷涂、旋涂、打印等方法实现。而对于多元金属化合物薄膜材料的制备来说，绝大部分材料制备技术工艺控制无法实现，同时设备结构也相对复杂，在工艺控制和材料性能优化方面无法灵活调控。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种合金化合物薄膜的分立式多热丝沉积方法，将热丝作为加热源同时也作为原材料，实现多元金属化合物薄膜的制备。

本发明的另一个目的在于提供了一种合金化合物薄膜的分立式多热丝沉积装置，该装置结构简单，可以实现电源电流、电压、反应气体流量等重要参数的灵活调控。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：合金化合物薄膜的分立式多热丝沉积方法，包括如下步骤：将真空腔室抽成真空；由外部电源加热真空腔室内的两条或多条热丝；真空腔室内通入至少一种反应气体；反应气体与热丝表面发生反应形成金属化合物；控制热丝加热温度使金属化合物升华并沉积到位于真空腔室内的衬底基板表面，从而形成金属化合物薄膜。

作为优选的技术方案，所述热丝由单一金属材料或多元合金材料制成。

作为优选的技术方案，两条或多条热丝组成一组，多组热丝通过并联或串联的方式连接。多组热丝通过串联或并联的方式连接，可以用于大面积薄膜的制备。