硫族化物薄膜沉积综述CHALCOGENIDE THIN FILMS DEPOSITION | A COMPLETE OVERVIEW

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硫族化物薄膜沉积综述CHALCOGENIDE THIN FILMS DEPOSITION | A COMPLETE OVERVIEW

硫族化合物薄膜沉积
硫族化合物是含有元素周期表第16族元素（硫、硒、碲等）中的至少一种硫族元素的材料。硫族化合物二元、三元和四元衍生物广泛用于光伏、光催化剂、传感器、燃料电池和电池制造。

 

硫族化合物的性质
硫族化合物，如过渡金属硫族化物，含有硫族阴离子，如S2−、Se2−或Te2−，以及至少一种正电元素。硫族化合物具有窄带隙能量，这导致硫族化合物玻璃的特殊光学性质，如高折射率、红外（IR）透明度、非线性光学性质和从非晶到结晶的可逆相变。硫系玻璃可以抛光或加工成平面、球形或其他形状，用于各种应用。

 

硫族化合物的薄膜应用
硫族化合物薄膜以其窄带隙能量、无毒性、生物相容性、经济性和易合成性而被广泛应用。硫族化合物薄膜可用于生产：
光伏电池
太阳能电池
燃料电池
电池
气体传感器
超级电容器
光学成像
全息图记录
光学大容量存储器
红外光纤

 

硫系玻璃和透镜在某些应用中可以取代昂贵的材料，如Ge、ZnSe和ZnS。硫系玻璃具有良好的色散、良好的透射率、可忽略的由于温度变化引起的折射率变化（Δn/ΔT）以及宽的带宽。

 

硫族化合物薄膜沉积方法
薄膜的光学性能和其他特性（热、机械、电阻、化学、光敏等）在很大程度上取决于沉积方法。根据薄膜的沉积方式，可以控制化学计量、结构、缺陷状态和许多其他特征。硫族化合物薄膜可以通过化学或物理途径沉积，如物理气相沉积（PVD）技术。

 

硫系化合物薄膜的化学沉积
硫族化物可以在称为化学气相沉积（CVD）的化学过程中从气相沉积。在这种方法中，气体前体在气相或衬底-气体界面反应，在衬底上产生薄膜，因此薄膜的成分与气体不同。CVD技术具有使用高纯度前体和高沉积速率（约1μm/min）形成厚度（和成分）均匀的膜的优点。然而，这种沉积技术也有其缺点，例如是一种高温工艺，并且可以通过这种方法涂覆的材料范围有限。

 

热蒸发
热蒸发法用于沉积二元硫系化合物材料，如as-S（Se）和Ge-S（Se）。该方法也用于沉积用于X射线敏感平板的非晶硒。热蒸发在薄膜沉积方法中非常流行，因为它简单、低成本、可重复性、良好的工艺控制以及在大面积的基底上涂覆元素、合金和化合物涂层的能力。

 

硫系化合物薄膜沉积中的溅射
溅射是广泛应用硫系化合物薄膜的最合适的方法之一。它可以用于沉积二元（例如a-Ge-Te）、三元（例如a-Ge-Ga-S）或多组分（例如a-Ag-In-Sb-Te）玻璃。溅射是用于沉积用于光学和电气数据存储应用的硫族化物膜的主要工业技术。
使用溅射方法在所有衬底区域中最好地实现厚度均匀性控制，但是使用该方法硫族化合物材料的沉积速率低并且小于每秒1nm。由于大多数硫族化合物材料的电导率较低，因此建议对这些材料使用RF溅射和背镀靶材。

 

硫系化合物薄膜沉积中的脉冲激光
脉冲激光沉积（PLD）方法也已用于沉积硫族化合物的薄膜。使用这种方法的优点之一是沉积具有与靶材料完全相同化学计量的薄膜，尽管这种特征取决于脉冲功率密度。不同的沉积条件也会影响PLD膜的结构。烧蚀物质的高能量导致所制备的膜与衬底的高密度和良好的粘附性。这些膜的感光度降低在光学器件制造中是有利的。

 

 

References

  1. https://chalcogenide.net/what-are-chalcogenides/#:~:text=Chalcogenides %20are %20materials %2 0containing %20one ,3%20eV%2C%20depending%20on%20composition.
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