專利名稱：一種納米PbS薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PbS薄膜的制備方法，具體涉及一種納米PbS薄膜的制 備方法。
背景技術(shù)：
最近幾十年，隨著電子器件性能的不斷提高和材料應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大， 薄膜材料的研究獲得了迅速發(fā)展，目前它已成為真空、微電子和材料科學(xué)中 一個最活躍的邊緣學(xué)科?？梢哉f在今天的固態(tài)電子器件與電路中，幾乎難以 找到?jīng)]有薄膜的部分，薄膜材料以其獨特的工藝和優(yōu)良的性能而日益在社會 經(jīng)濟(jì)生活中得以廣泛應(yīng)用。
在各種電子和光電子裝置中多晶半導(dǎo)體薄膜的應(yīng)用越來越廣。元素化合 生成像PbS、 PbSe、 PbTe等鉛鹽，它們在半導(dǎo)體上得到非常廣泛的應(yīng)用。它們 以單晶或多晶的形式被用作紅外探測器的窗口，更多的是最近被用作為紅外 發(fā)射器及太陽能控制器的覆料。相對于其他半導(dǎo)體，鉛鹽所體現(xiàn)出來的性質(zhì) 是獨特的，由于這些原料在科技上的重要性，它們已成為研究的熱點。作為 IV族 VI族半導(dǎo)體中的重要一員，硫化鉛(PbS)由于具有小的直接帶隙能 (0.41eV， 300K)和較大的激子玻爾半徑(18mn),其納米晶已被廣泛應(yīng)用于發(fā) 光二極管(LED)、生物熒光探針、攝影、紅外探測、Pb2+離子選擇性傳感器和
太陽能接收器等方面。
PbS薄膜用途較多，但目前我國對PbS薄膜的研究較少，在僅有的少量
報道中，多數(shù)都是對其紅外探測器及某方面性質(zhì)的介紹，很少有對其結(jié)構(gòu)、制法、應(yīng)用等全面的介紹。國外雖有少量介紹PbS薄膜制備方法的報道，但 其制備方法多數(shù)較復(fù)雜，且雜質(zhì)較多。如A. Mondal, N. Mukherjee[A. Mondal， N, Mukherjee. Materials Letters, 2006， 60: 2672—2674]以Pb(0Ac)2和 Na2SA為前驅(qū)液，以EDTA為絡(luò)合劑，采用原電池電化學(xué)沉積法合成了納米PbS 薄膜；S. Seghaier， N. Kamouna， R. Brini[S. Seghaier， N. Kamouna， R. Brini. Materials Chemistry and Physics, 2006， 97: 71-80]等人以Pb(N03)2 和硫脲為原料，在NaOH中采用化學(xué)浴沉積法合成了納米PbS薄膜；J. Puiso， S. Tamuleviciusa, G. LaukaitisaQ. Puiso, S. Tamuleviciusa, G. Laukaitisa. Thin Solid Films, 2003， 428: 223-226]等人以醋酸鉛和三乙 醇胺混合液加入硫代乙酰胺為前驅(qū)液，采用SILAR法合成納米PbS薄膜;R. R. Hawaldar， G. G. Umarji, S. A. Ketkar[R. R. Hawaldar, G. G. Umarji, S丄 Ketkar. Materials Science and Engineering B, 2006, 132(1-2): 170-173.] 等人將含有貼的飽和CCl4溶液注射到含有Pb(N03)2的溶液表面接觸發(fā)生反 應(yīng)，制得納米PbS薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，成本較低，沉積時間短，沉積面 積大且制得的薄膜均勻致密的納米PbS薄膜的制備方法。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
1) 將分析純的Pb(N03)2加入蒸餾水中，攪拌后配制成Pb"濃度為 0. 01mol/L 0. 5mol/L的透明溶液，所得溶液記為A;
2) 將分析純的Na2S203 5H20加入蒸餾水中，攪拌后配制成S2032—濃度為 0. 01mol/L 10mol/L的透明溶液，所得溶液記為B;
3) 將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，攪拌后配制成濃度為0. 0025mol/L 0.125mol/L的透明溶液，所得溶液記為C;
4) 向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，使得混合溶液中 [Pb2+]:[S2032-]:[EDTA]=1: (1 20) :0.25的摩爾比，并不斷攪拌，調(diào)節(jié)pH 值為1.5 4.0，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;
5) 將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，乙醇、去離子水中超聲 清洗后的ITO玻璃作陰極，陰極上裝有電動攪拌頭使陰極保持均勻的轉(zhuǎn)動， 將裝有上述D溶液的裝置放入超聲發(fā)生器中，并將陽極和陰極兩個電極置于 D溶液中，使陽極和陰極的間距為3-5cm;
6) 采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制備PbS薄膜，沉積電 壓為2.0 18V，沉積時間為10 60min，超聲功率為50 500W，陰極旋轉(zhuǎn)速 度為5 60轉(zhuǎn)/分鐘，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜用去離子水洗滌干凈，在真 空干燥箱中于50 10(TC干燥，即得最終產(chǎn)物PbS薄膜。
本發(fā)明以Pb(N03)2和1^&03為主要原料，采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積 法制得沿(111)和(200)晶面生長良好的PbS薄膜。該方法工藝簡單，成 本較低，沉積時間短，沉積面積大且制得的薄膜均勻致密。


圖1為本發(fā)明制備的納米PbS薄膜的X-射線衍射(XRD)圖譜，其中橫 坐標(biāo)為衍射角29，單位為°;縱坐標(biāo)為衍射峰強度，單位為cps; 圖2為本發(fā)明制備的納米PbS薄膜的原子力顯微鏡(AFM)照片。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實施例l:將分析純的Pb(N03)2加入蒸餾水中，攪拌后配制成Pb"濃度為 0. Olmol/L的透明溶液，所得溶液記為A;2) 將分析純的Na2S203 5H20加入蒸餾水中，攪拌后配制成S2032—濃度為 0. Olmol/L的透明溶液，所得溶液記為B;
3) 將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，攪拌后配制成 濃度為0. 0025mol/L的透明溶液，所得溶液記為C;
4) 向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，使得混合溶液中 [Pb2+]:[SA2—]:[EDTA]=1: 1: 0.25的摩爾比，并不斷攪拌，調(diào)節(jié)pH值為1.5， 形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;
5) 將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，乙醇、去離子水中超聲 清洗后的IT0玻璃作陰極，陰極上裝有電動攪拌頭使陰極保持均勻的轉(zhuǎn)動， 將裝有上述D溶液的裝置放入超聲發(fā)生器中，并將陽極和陰極兩個電極置于 D溶液中，使陽極和陰極的間距為3cm;
6) 采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制備PbS薄膜，沉積電壓 為2V，沉積時間為20min，超聲功率為50W，陰極旋轉(zhuǎn)速度為5轉(zhuǎn)/分鐘，沉積 結(jié)束后將所制備的薄膜用去離子水洗滌干凈，在真空干燥箱中于5(TC干燥， 即得最終產(chǎn)物PbS薄膜。薄膜的X-射線衍射譜和原子力顯微結(jié)構(gòu)圖如圖l和圖2所示。
由圖l可以看出，采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上可以制備 出純的PbS薄膜，制得的薄膜為多晶相的，以(111)和(200)晶面為主，薄
膜的衍射峰強度相對較高，說明結(jié)晶程度較好。
由圖2可以看出，采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制得的PbS
薄膜表面呈現(xiàn)正立方體狀，具有明顯的生長取向特征。
實施例2:將分析純的Pb (N03) 2加入蒸餾水中，攪拌后配制成Pb"濃度為 0. 05mol/L的透明溶液，所得溶液記為A;2) 將分析純的Na2S203 5H20加入蒸餾水中，攪拌后配制成S2032—濃度為 0. lmol/L的透明溶液，所得溶液記為B;
3) 將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，攪拌后配制成 濃度為0. Olmol/L的透明溶液，所得溶液記為C;
4) 向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，使得混合溶液中 [Pb2+]: [S2032—]: [EDTA]=1: 10: 0. 25的摩爾比，并不斷攪拌，調(diào)節(jié)pH值為2. 5， 形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;
5) 將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，乙醇、去離子水中超聲 清洗后的ITO玻璃作陰極，陰極上裝有電動攪拌頭使陰極保持均勻的轉(zhuǎn)動， 將裝有上述D溶液的裝置放入超聲發(fā)生器中，并將陽極和陰極兩個電極置于 D溶液中，使陽極和陰極的間距為3cm;
6) 采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制備PbS薄膜，沉積電 壓為5V，沉積時間為10min，超聲功率為100W,陰極旋轉(zhuǎn)速度為20轉(zhuǎn)/分鐘， 沉積結(jié)束后將所制備的薄膜用去離子水洗滌干凈，在真空干燥箱中于8(TC干 燥，即得最終產(chǎn)物PbS薄膜。
實施例3:將分析純的Pb (N03) 2加入蒸餾水中，攪拌后配制成Pb"濃度為 0. lmol/L的透明溶液，所得溶液記為A;
2) 將分析純的Na2S203 5H20加入蒸餾水中，攪拌后配制成S2032—濃度為 5mol/L的透明溶液，所得溶液記為B;
3) 將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，攪拌后配制成 濃度為0. lmol/L的透明溶液，所得溶液記為C;
4) 向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，使得混合溶液中 [Pb2+]: [S2032_]: [EDTA]:l: 20: 0. 25的摩爾比，并不斷攪拌，調(diào)節(jié)PH值為2. 5，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;
5) 將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，乙醇、去離子水中超聲 清洗后的IT0玻璃作陰極，陰極上裝有電動攪拌頭使陰極保持均勻的轉(zhuǎn)動， 將裝有上述D溶液的裝置放入超聲發(fā)生器中，并將陽極和陰極兩個電極置于 D溶液中，使陽極和陰極的間距為4cm;
6) 采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在IT0基板上制備PbS薄膜，沉積電 壓為IOV，沉積時間為40min，超聲功率為300W，陰極旋轉(zhuǎn)速度為10轉(zhuǎn)/分 鐘，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜用去離子水洗滌干凈，在真空干燥箱中于60 'C干燥，即得最終產(chǎn)物PbS薄膜。
實施例4:將分析純的Pb (N03) 2加入蒸餾水中，攪拌后配制成Pb"濃度為 0. 2mol/L的透明溶液，所得溶液記為A;
2) 將分析純的Na2SA 5H20加入蒸餾水中，攪拌后配制成S2032—濃度為 0. 6mol/L的透明溶液，所得溶液記為B;
3) 將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，攪拌后配制成 濃度為0. 005mol/L的透明溶液，所得溶液記為C;
4) 向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，使得混合溶液中 [Pb2+]:[S2032—]:[EDTA]=1: 3: 0.25的摩爾比，并不斷攪拌，調(diào)節(jié)pH值為3， 形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;
5) 將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，乙醇、去離子水中超聲 清洗后的IT0玻璃作陰極，陰極上裝有電動攪拌頭使陰極保持均勻的轉(zhuǎn)動， 將裝有上述D溶液的裝置放入超聲發(fā)生器中，并將陽極和陰極兩個電極置于 D溶液中，使陽極和陰極的間距為3cm;
6) 采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制備PbS薄膜，沉積電壓為18V，沉積時間為60min，超聲功率為200W，陰極旋轉(zhuǎn)速度為30轉(zhuǎn)/分 鐘，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜用去離子水洗滌干凈，在真空干燥箱中于90 'C干燥，即得最終產(chǎn)物PbS薄膜。
實施例5:將分析純的Pb (N03) 2加入蒸餾水中，攪拌后配制成Pb"濃度為
0. 5mol/L的透明溶液，所得溶液記為A;
2) 將分析純的Na2S203 5H20加入蒸餾水中，攪拌后配制成52032鄰度為
1. 5mol/L的透明溶液，所得溶液記為B;
3) 將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，攪拌后配制成 濃度為0. 125mol/L的透明溶液，所得溶液記為C;
4) 向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，使得混合溶液中 [Pb2+]:[S2032-]:[EDTA]=1: 5: 0.25的摩爾比，并不斷攪拌，調(diào)節(jié)pH值為4， 形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;
5) 將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，乙醇、去離子水中超聲 清洗后的ITO玻璃作陰極，陰極上裝有電動攪拌頭使陰極保持均勻的轉(zhuǎn)動， 將裝有上述D溶液的裝置放入超聲發(fā)生器中，并將陽極和陰極兩個電極置于 D溶液中，使陽極和陰極的間距為5cm;
6) 采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制備PbS薄膜，沉積電 壓為12V，沉積時間為30min，超聲功率為500W，陰極旋轉(zhuǎn)速度為60轉(zhuǎn)/分 鐘，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜用去離子水洗滌干凈，在真空干燥箱中于100 "C干燥，即得最終產(chǎn)物PbS薄膜。
實施例6:將分析純的Pb(N03) 2加入蒸餾水中，攪拌后配制成Pl/濃度為 0. 3mol/L的透明溶液，所得溶液記為A;
2)將分析純的Na2S203 5H20加入蒸餾水中，攪拌后配制成S2032—濃度為10mol/L的透明溶液，所得溶液記為B;
3) 將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，攪拌后配制成 濃度為0. 006mol/L的透明溶液，所得溶液記為C;
4) 向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，使得混合溶液中 [Pb2+]:[S2032—]:[EDTA]=1: 15: 0.25的摩爾比，并不斷攪拌，調(diào)節(jié)pH值為3， 形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D;
5) 將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，乙醇、去離子水中超聲 清洗后的IT0玻璃作陰極，陰極上裝有電動攪拌頭使陰極保持均勻的轉(zhuǎn)動， 將裝有上述D溶液的裝置放入超聲發(fā)生器中，并將陽極和陰極兩個電極置于 D溶液中，使陽極和陰極的間距為4cin;
6) 采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制備PbS薄膜，沉積電 壓為15V，沉積時間為50min，超聲功率為400W，陰極旋轉(zhuǎn)速度為40轉(zhuǎn)/分 鐘，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜用去離子水洗滌干凈，在真空干燥箱中于70 'C干燥，即得最終產(chǎn)物PbS薄膜。
權(quán)利要求
1、一種納米PbS薄膜的制備方法，其特征在于1)將分析純的Pb(NO3)2加入蒸餾水中，攪拌后配制成Pb2+濃度為0.01mol/L～0.5mol/L的透明溶液，所得溶液記為A；2)將分析純的Na2S2O3·5H2O加入蒸餾水中，攪拌后配制成S2O32-濃度為0.01mol/L～10mol/L的透明溶液，所得溶液記為B；3)將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，攪拌后配制成濃度為0.0025mol/L～0.125mol/L的透明溶液，所得溶液記為C；4)向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，使得混合溶液中[Pb2+][S2O32-][EDTA]＝1∶(1～20)∶0.25的摩爾比，并不斷攪拌，調(diào)節(jié)pH值為1.5～4.0，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為D；5)將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，乙醇、去離子水中超聲清洗后的ITO玻璃作陰極，陰極上裝有電動攪拌頭使陰極保持均勻的轉(zhuǎn)動，將裝有上述D溶液的裝置放入超聲發(fā)生器中，并將陽極和陰極兩個電極置于D溶液中，使陽極和陰極的間距為3-5cm；6)采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制備PbS薄膜，沉積電壓為2.0～18V，沉積時間為10～60min，超聲功率為50～500W，陰極旋轉(zhuǎn)速度為5～60轉(zhuǎn)/分鐘，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜用去離子水洗滌干凈，在真空干燥箱中于50～100℃干燥，即得最終產(chǎn)物PbS薄膜。
全文摘要
一種納米PbS薄膜的制備方法，將分析純的Pb(NO₃)₂加入蒸餾水中，得A溶液；將分析純的Na₂S₂O₃·5H₂O加入蒸餾水中，得B溶液記；將分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)加入蒸餾水中，得C溶液；向A溶液中分別加入溶液B和溶液C，得D溶液，將D溶液加入電沉積裝置中，以石墨為陽極，ITO玻璃作陰極，采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法在ITO基板上制備PbS薄膜。本發(fā)明以Pb(NO₃)₂和Na₂S₂O₃為主要原料，采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)恒電壓沉積法制得沿(111)和(200)晶面生長良好的PbS薄膜。該方法工藝簡單，成本較低，沉積時間短，沉積面積大且制得的薄膜均勻致密。
文檔編號C30B30/02GK101429679SQ20081023242
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者星 劉, 曹麗云, 李嘉胤, 殷立雄, 董海鋒, 文 韓, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)