化学水浴法制备ZnS
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Department of Materials Science and Engineering
Outline
1
ZnS简介
2 CBD方法简介
3 CBD制备ZnS过程 4 结论
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
一、ZnS简介
1.1 ZnS 特点： 1、Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙半导体 2、带隙宽度为3.2-3.6eV 3、ZnS晶体分为立方晶系和六角晶系。 4、良好的荧光性能 5、良好的透光性能
[Zn(NH3)n] 2+ → Zn 2+ +nNH3
SC(NH2)2 +2OH−→ S 2− +CN2H2 +2H2O and then Zn 2+ +S2−→ ZnS
(1)
(2) (3)
homogeneous deposition 沉 积 ， 过 程
（同质沉积）
ion-by-ion （离子离子机制） cluster-by-cluster (簇簇机制)
化学浴装置图 University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
2.2 CBD工艺流程图
络合剂+PH 值调节剂 金属盐 硫源 替 代 氨 水 NH3 衬底材料
清洗，垂直放入 混合溶液 搅拌、恒温水浴 均匀薄膜
•能大面积成膜、所得膜较均匀连续
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
三、CBD制备ZnS过程
3.1、CBD沉积ZnS薄膜反应机理
The deposition process requires the release of cations Zn2+ and anions S2− in the solution:
University of Science and Technology of China
Department of MaterialsБайду номын сангаасScience and Engineering
二、化学水浴法（CBD）简介
2.1 CBD装置图示 支架 加热磁力搅拌器 基 本 构 造 水浴锅（大烧杯） 搅拌子（磁子） 温度计 反应容器（小烧杯）
Department of Materials Science and Engineering
以 及在 沉不 积同 过温 程度 中下 改沉 变积 温 度
四、结论
尽管CBD制备ZnS薄膜有诸多优势，但仍存在诸多的问 题：
缺陷:
1、沉积过程ion-by-ion机制难以控制 2、原材料利用率很低
3、废液处理困难
Department of Materials Science and Engineering
SEM micrographs of ZnS films deposited on various growth phases: (A) none-film phase; (B) quasi-linear phase; (C) in the saturation phase
化学浴装置图
3.3、详细制备流程
ZnSO4 0.025 M
玻璃沉底
薄膜沉积
清 洗 Ammonia 25%
垂 直
80 ℃
洗涤 CBD装置
混合溶液
干燥
热处理
SC(NH2)2 0.2 M
结构与性能测试
Applied Surface Science 254 (2008) 5711–5714
University of Science and Technology of China
4、存在Zn(OH)2或ZnO杂相
展望： 1、进一步完善CBD工艺
2、对各参数对成膜影响还需深入研究
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
参考文献:
1.Chemical bath-deposited ZnS thin films: Preparation and characterization Applied Surface Science 254 (2008) 5711–5714 2.Developing an understanding of the processes controlling the chemical bath deposition of ZnS and CdS J. Mater. Chem (1998) 3. Effect of [Zn]/[S] ratios on the properties of chemical bath deposited zinc sulfide thin films Applied Surface Science 257 (2010) 122–126 4.Effect of pH on the characteristics of nanocrystalline ZnS thin films prepared by CBD method in acidic medium Current Applied Physics 10 (2010) S473–S477
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
3.4、制备过程中影响成膜的参数
CBD法合成ZnS薄膜的条件繁多且杂，主要： 时间、温度、PH值、络合剂、源材料
硫属离子源：
硫脲、硫代硫酸根(S2O32-)、硫代乙酞胺(CH3CSNH2);
络合剂如：
氨(NH3)、水合肼（N2H4· H2O）、 乙酸根、
三乙醇胺(N(CH2CH2OH)3)、柠檬酸根
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
化学水浴法（CBD）制备ZnS
Group NO.6 Reporter 孔令军
Group
members Dec.22.2010
程位任、邾强强
张 帆、党军杰
Department of Materials Science and Engineering
Applying Materials Innovation to Energy and Environmental Problems...
1.2 ZnS 薄膜应用： 激光二极管、电致发光器件、电光调制器、光学镀膜材 料、光电导体及光伏器件等；作为薄膜太阳能电池缓冲层也 展示了其良好的应用前景。
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
2.3、CBD制备方法的优点 • 生产成本低、容易操作、 仪器设备简单、低温常压 下反应 优 势 • 可用来制备各种Ⅱ-Ⅵ族半 导体化合物
1.3 ZnS薄膜的制备方法 溅射法( Sputtering) 原子层沉积法(Atomic layer deposition ,ALD ) 热蒸发法( Thermal evaporation) 分子束外延生长法(Molecular beam epitaxy ,MBE) 电沉积法( Elect rodeposition ,ED) 脉冲激光沉积法( Pulsed laser deposition , PLD ) 化学水浴法( Chemical bath deposition CBD)
heterogeneous deposition （异质沉积）
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
3.2 CBD制备ZnS的原料简介：
金属盐：
氯化锌、硝酸锌、硫酸锌、乙酸锌
5.化学浴沉积法制备ZnS薄膜的研究 华中科技大学 (2006) 6.化学水浴制备ZnS薄膜的研究 南昌大学 硕士学位论文(2006) 7.铜铟镓硒薄膜太阳能带电池关键 材料与原理型器件制备与研究 中科 大 博士论文 （2008）
University of Science and Technology of China
如：温度对CBD制备ZnS薄膜影响
晶 形体 貌结 、构 电、 cluster by cluster 学薄 性膜 质成 、分 温度对薄膜的生长机 分、 层厚 制有重要的影响 现度 象、 以透 及光 Ion by ion 成率 核、 机表 理面 University of Science and Technology of China
Outline
1
ZnS简介
2 CBD方法简介
3 CBD制备ZnS过程 4 结论
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一、ZnS简介
1.1 ZnS 特点： 1、Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙半导体 2、带隙宽度为3.2-3.6eV 3、ZnS晶体分为立方晶系和六角晶系。 4、良好的荧光性能 5、良好的透光性能
[Zn(NH3)n] 2+ → Zn 2+ +nNH3
SC(NH2)2 +2OH−→ S 2− +CN2H2 +2H2O and then Zn 2+ +S2−→ ZnS
(1)
(2) (3)
homogeneous deposition 沉 积 ， 过 程
（同质沉积）
ion-by-ion （离子离子机制） cluster-by-cluster (簇簇机制)
化学浴装置图 University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
2.2 CBD工艺流程图
络合剂+PH 值调节剂 金属盐 硫源 替 代 氨 水 NH3 衬底材料
清洗，垂直放入 混合溶液 搅拌、恒温水浴 均匀薄膜
•能大面积成膜、所得膜较均匀连续
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
三、CBD制备ZnS过程
3.1、CBD沉积ZnS薄膜反应机理
The deposition process requires the release of cations Zn2+ and anions S2− in the solution:
University of Science and Technology of China
Department of MaterialsБайду номын сангаасScience and Engineering
二、化学水浴法（CBD）简介
2.1 CBD装置图示 支架 加热磁力搅拌器 基 本 构 造 水浴锅（大烧杯） 搅拌子（磁子） 温度计 反应容器（小烧杯）
Department of Materials Science and Engineering
以 及在 沉不 积同 过温 程度 中下 改沉 变积 温 度
四、结论
尽管CBD制备ZnS薄膜有诸多优势，但仍存在诸多的问 题：
缺陷:
1、沉积过程ion-by-ion机制难以控制 2、原材料利用率很低
3、废液处理困难
Department of Materials Science and Engineering
SEM micrographs of ZnS films deposited on various growth phases: (A) none-film phase; (B) quasi-linear phase; (C) in the saturation phase
化学浴装置图
3.3、详细制备流程
ZnSO4 0.025 M
玻璃沉底
薄膜沉积
清 洗 Ammonia 25%
垂 直
80 ℃
洗涤 CBD装置
混合溶液
干燥
热处理
SC(NH2)2 0.2 M
结构与性能测试
Applied Surface Science 254 (2008) 5711–5714
University of Science and Technology of China
4、存在Zn(OH)2或ZnO杂相
展望： 1、进一步完善CBD工艺
2、对各参数对成膜影响还需深入研究
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
参考文献:
1.Chemical bath-deposited ZnS thin films: Preparation and characterization Applied Surface Science 254 (2008) 5711–5714 2.Developing an understanding of the processes controlling the chemical bath deposition of ZnS and CdS J. Mater. Chem (1998) 3. Effect of [Zn]/[S] ratios on the properties of chemical bath deposited zinc sulfide thin films Applied Surface Science 257 (2010) 122–126 4.Effect of pH on the characteristics of nanocrystalline ZnS thin films prepared by CBD method in acidic medium Current Applied Physics 10 (2010) S473–S477
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
3.4、制备过程中影响成膜的参数
CBD法合成ZnS薄膜的条件繁多且杂，主要： 时间、温度、PH值、络合剂、源材料
硫属离子源：
硫脲、硫代硫酸根(S2O32-)、硫代乙酞胺(CH3CSNH2);
络合剂如：
氨(NH3)、水合肼（N2H4· H2O）、 乙酸根、
三乙醇胺(N(CH2CH2OH)3)、柠檬酸根
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
化学水浴法（CBD）制备ZnS
Group NO.6 Reporter 孔令军
Group
members Dec.22.2010
程位任、邾强强
张 帆、党军杰
Department of Materials Science and Engineering
Applying Materials Innovation to Energy and Environmental Problems...
1.2 ZnS 薄膜应用： 激光二极管、电致发光器件、电光调制器、光学镀膜材 料、光电导体及光伏器件等；作为薄膜太阳能电池缓冲层也 展示了其良好的应用前景。
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
2.3、CBD制备方法的优点 • 生产成本低、容易操作、 仪器设备简单、低温常压 下反应 优 势 • 可用来制备各种Ⅱ-Ⅵ族半 导体化合物
1.3 ZnS薄膜的制备方法 溅射法( Sputtering) 原子层沉积法(Atomic layer deposition ,ALD ) 热蒸发法( Thermal evaporation) 分子束外延生长法(Molecular beam epitaxy ,MBE) 电沉积法( Elect rodeposition ,ED) 脉冲激光沉积法( Pulsed laser deposition , PLD ) 化学水浴法( Chemical bath deposition CBD)
heterogeneous deposition （异质沉积）
University of Science and Technology of China
Department of Materials Science and Engineering
3.2 CBD制备ZnS的原料简介：
金属盐：
氯化锌、硝酸锌、硫酸锌、乙酸锌
5.化学浴沉积法制备ZnS薄膜的研究 华中科技大学 (2006) 6.化学水浴制备ZnS薄膜的研究 南昌大学 硕士学位论文(2006) 7.铜铟镓硒薄膜太阳能带电池关键 材料与原理型器件制备与研究 中科 大 博士论文 （2008）
University of Science and Technology of China
如：温度对CBD制备ZnS薄膜影响
晶 形体 貌结 、构 电、 cluster by cluster 学薄 性膜 质成 、分 温度对薄膜的生长机 分、 层厚 制有重要的影响 现度 象、 以透 及光 Ion by ion 成率 核、 机表 理面 University of Science and Technology of China