按不同比例混合CdTe和CdSe兩種化合物,利用真空蒸發法在玻璃襯底上制備了CdSexTe1-x三元化合物薄膜,分別利用XRD、SEM、EDX、XPS、紫外-可見分光光度計對薄膜的物相結構、表面形貌、元素組成以及光學性能進行了測試,分析了x值和熱處理對薄膜的影響。測結果表明,薄膜均為立方閃鋅礦結構的CdSexTe1-x三元化合物,沿(111)晶面擇優生長,晶格常數與x呈線性遞減關系;隨x值增加薄膜的光學帶隙逐漸減小,x=0.57時減小到z*小值1.41eV,然后又增大;升高熱處理溫度,可以改善薄膜的結晶程度,增加對光的吸收范圍,減小光學帶隙。
II-VI族化合物半導體以優異的光電性能,在紅外探測器、核輻射探測器、紅外激光窗口、光電化學電池及光伏電池中得到廣泛的應用,是國內外研究較多的太陽能光電轉換材料。其中CdS、CdSe、CdTe和(Cd,Zn)S等鎘化合物均為直接帶隙半導體材料,是II-VI族化合物半導體中應用比較廣泛的光電子材料,CdSe在多硫體系中穩定性優于CdTe,因此在光電化學電池中是一種性能較理想的光電極材料,但是對于吸收太陽光能來說,CdSe的禁帶寬度并不是z*適合的,限制了轉換效率的提高。因此,人們在調整CdSe的光學帶隙方面做了大量的工作。
近年來,大量的理論和實驗研究表明,可以將CdSe和CdTe合成三元化合物CdSexTe1-x,CdSexTe1-x在多硫體系中的穩定性可以與CdSe相媲美,并且可以通過改變x值連續改變化合物的光學帶隙和晶格常數,使CdSexTe1-x的光學帶隙接近吸收太陽光光譜的z*佳能隙1.45eV,有利于太陽能的轉換。
CdSexTe1-x薄膜的制備方法比較多,例如電子束蒸發、熱壁真空沉積、分子束外延、電沉積、化學合成法等,但這些方法大都需要復雜的設備,成本較高。我們采取了設備簡單,易于操作,成本低廉的真空蒸發技術,在玻璃襯底上制備了性能穩定的CdSexTe1-x三元化合物薄膜,并對其結構、表面形貌、光電性能、元素組成進行了分析,還考慮了熱處理溫度對薄膜的影響,為CdSexTe1-x薄膜在光電子器件中的應用提供實驗依據。
1、實驗
1.1、薄膜的制備
采用真空蒸發技術制備CdSexTe1-x三元化合物薄膜,s*先將高純CdTe和CdSe粉末按x=0、0.35、0.75、0.85、1等配比混合并放入瑪瑙研缽中進行充分研磨、粉化,然后置入蒸發源,再將清洗干凈烘干的玻璃襯底放入蒸發室,調節蒸發電流為65A。待蒸發室抽真空至8×10-4 Pa以上時進行蒸發。實驗中襯底的溫度為130℃,襯底轉速為2r/min,實驗中用一臺石英膜厚監控儀在線監控蒸鍍厚度d=1.1μm。z*后將制備好的薄膜樣品置于自動控溫擴散爐中,在N2氣氛中進行熱處理,處理溫度分別為300℃、350℃、400℃、450℃,處理時間為15min。
1.2、薄膜的性能測試
利用荷蘭Philip公司生產的PW1830/40型X射線衍射儀對樣品的晶體結構進行了測試,輻射源為CuKα線;利用日本日立公司生產的S-4800冷場發射掃描電子顯微鏡測試樣品的表面形貌,并結合EDX對樣品的元素組成進行分析;利用英國ULVAC-PHI.INC生產的KratosAmicus型X射線光電子能譜儀對刻蝕10s后的薄膜化學成分進行分析;利用美國PerkinElmer公司生產的Lambda750s紫外-可見分光光度計對薄膜的光學透過率進行了測試。
結論
(1)實際得到的薄膜的x值比配比x值偏小,對于x的所有取值,薄膜均為立方閃鋅礦結構的CdSexTe1-x三元化合物,擇優取向為(111)晶面,晶格常數與x呈線性遞減關系。
(2)從SEM測試結果看出,薄膜表面的顆粒尺寸明顯隨著x值的增大而減小。
(3)隨x值增加薄膜的光學帶隙逐漸減小,x=0.57時減小到z*小值1.41eV,然后又增大,主要因為Se成分在薄膜中的含量不同,因此可以通過改變x值調節CdSexTe1-x薄膜的光學帶隙。
(4)升高熱處理溫度,可以改善薄膜的結晶程度,增加對光的吸收范圍,減小光學帶隙。
真空蒸發制備CdSexTe1-x薄膜研究
2013-12-26 11:13:00 閱讀()
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