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专利号: 2023104331248
申请人: 西南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种碱金属薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

硅(111)‑7×7衬底的制备:采用硅片制备获得硅(111)‑7×7衬底;

镉(0001)薄膜的生长:在真空条件下,给镉源除气,然后加热使镉原子蒸镀到硅(111)‑

7×7衬底的表面,获得镉(0001)薄膜;在蒸镀过程中,硅(111)‑7×7衬底的温度保持在室温条件;

对三联苯分子(110)薄膜的生长:在真空条件下,给对三联苯分子除气,然后加热使对三联苯分子蒸镀到镉(0001)薄膜的表面,获得对三联苯分子(110)薄膜,在蒸镀过程中,镉(0001)薄膜的温度保持在零下185℃ 零下180℃之间;

~

碱金属掺杂对三联苯分子(110)薄膜的生长:在真空条件下,给碱金属源除气,然后加热使碱金属原子蒸镀到对三联苯分子(110)薄膜中,获得碱金属掺杂对三联苯分子薄膜;在蒸镀过程中,对三联苯分子(110)薄膜的温度保持在零下155℃ 零下150℃之间;

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碱金属薄膜的生长:在真空条件下,将碱金属掺杂对三联苯分子薄膜置于真空中,在室温下放置20 40min,使碱金属掺杂对三联苯分子薄膜温度从零下195℃上升到零下110℃,~再传入扫描隧道显微镜(STM)中冷却到零下195℃,完成退火过程,获得碱金属薄膜。

2.根据权利要求1所述的碱金属薄膜的制备方法,其特征在于,所述碱金属源选自锂源、钠源、钾源、铷源和铯源中的至少一种;

所述钾源为铬酸钾和锆铝合金的混合物;

所述镉源为金属镉。

3.根据权利要求1所述的碱金属薄膜的制备方法,其特征在于,所述Si(111)‑7×7衬底的制备包括:依次对硅片进行清洗、除气和退火处理,获得Si(111)‑7×7衬底;

所述清洗为依次采用酒精和丙酮进行超声清洗;

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所述除气为在真空度为6.0×10 Torr和温度为400 600℃的条件下保温处理8 12h,然~ ~后冷却至室温;

所述退火采用循环退火处理,循环退火处理为在5 20s内将温度从室温升至1000 1300~ ~℃,退火13 18s,降温至400℃,保持10 15s,再在5 20s内将温度从400℃升至1000 1300℃,~ ~ ~ ~退火13 18s,降温至400℃,保持10 15s,如此循环,共退火5 8次。

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4.根据权利要求1所述的碱金属薄膜的制备方法,其特征在于,所述给镉源除气为在真‑10空度高于6.0×10 Torr的条件下,每间隔10min给镉源升温20℃,使镉源从室温升至60℃,‑10并直至真空度稳定至6.0×10 Torr后,加热25 35min;再在温度为50℃的条件下将镉原子~蒸镀到硅(111)‑7×7衬底的表面;

镉原子蒸镀到硅(111)‑7×7衬底的表面的蒸镀时间为25 30min。

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5.根据权利要求1所述的碱金属薄膜的制备方法,其特征在于,所述给对三联苯分子除‑10气为在真空度高于9.0×10 Torr的条件下,给对三联苯分子加热至40℃,直至真空度稳定‑10至9.0×10 Torr;再在温度为35℃的条件下将对三联苯分子蒸镀到镉(0001)薄膜的表面。

6.根据权利要求1所述的碱金属薄膜的制备方法,其特征在于,所述给碱金属源除气为‑10在真空度高于6.0×10 Torr的条件下,给碱金属源加热至420℃,直至真空度稳定至6.0×‑10

10 Torr;再在温度为400℃的条件下将碱金属原子蒸镀到对三联苯(110)分子薄膜中;

在碱金属原子蒸镀到对三联苯分子(110)薄膜中的过程中,碱金属原子在对三联苯分子(110)薄膜的表面的覆盖度为0.6 1.2ML。

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7.一种如权利要求1至权利要求6任一所述制备方法制得的碱金属薄膜。

8.一种如权利要求1至权利要求6任一所述制备方法制得的碱金属薄膜的应用,其特征在于,所述碱金属薄膜用于太阳能电池和碱金属离子电池中。

9.一种用于实现权利要求1‑6任一的碱金属薄膜的制备方法的装置,其特征在于,包括真空制备腔(1)、样品架(2)、横杆(3)、磁力手柄(4)、直流电源(5)、镉源放置部件(6)、水循环冷却装置(7)、坩埚(8)、加热炉(9)和碱金属源放置部件(11);所述样品架(2)位于所述真空制备腔(1)的腔体内部,所述磁力手柄(4)和直流电源(5)位于所述真空制备腔(1)的腔体外部,所述镉源放置部件(6)位于所述真空制备腔(1)的底部,且一部分位于所述真空制备腔(1)的腔体内部,另一部分位于所述真空制备腔(1)的腔体外部,所述加热炉(9)位于所述真空制备腔(1)的底部,且一部分位于所述真空制备腔(1)的腔体内部,另一部分位于所述真空制备腔(1)的腔体外部,所述碱金属源放置部件(11)位于所述真空制备腔(1)的侧壁上,且一部分位于所述真空制备腔(1)的腔体内部,另一部分位于所述真空制备腔(1)的腔体外部;所述横杆(3)的一端连接所述样品架(2)、另一端连接所述磁力手柄(4),所述样品架(2)、碱金属源放置部件(11)、镉源放置部件(6)和水循环冷却装置(7)均连接所述直流电源(5),所述坩埚(8)位于所述加热炉(9)中,且所述坩埚(8)位于所述真空制备腔(1)的腔体外部,所述加热炉(9)内置于水循环冷却装置(7)中;

在进行碱金属薄膜制备时,将硅片置于样品架(2)上,通过磁力手柄(4)吸附横杆(3)于内管壁上,带动横杆(3)移动,将装有硅片的样品架(2)送入真空制备腔(1)中,并使样品架(2)位于加热炉(9)的上方,采用直流电源(5)对硅片加热制成硅(111)‑7×7衬底;将镉源装入镉源放置部件(6)中,采用直流电源(5)对镉源加热除气并蒸镀到硅(111)‑7×7衬底的表面,获得镉(0001)薄膜;将对三联苯分子装入坩埚(8)中,再将坩埚(8)置于加热炉(9)中,通过加热炉(9)给对三联苯分子除气并蒸镀到镉(0001)薄膜的表面,获得对三联苯分子(110)薄膜,并同时开启水循环冷却装置(7);将碱金属源装入碱金属源放置部件(11),采用直流电源(5)对碱金属源除气并蒸镀到对三联苯分子(110)薄膜的表面,获得碱金属掺杂对三联苯分子薄膜;在真空制备腔(1)中对碱金属掺杂对三联苯分子薄膜进行室温退火处理,获得碱金属薄膜。