PLD制備六方相ZnS-CdS多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜及其光學(xué)性能的研究.pdf

1、揚(yáng)州大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄摘要1Abstract：；第一章緒論611薄膜材料的研究概述612ZnS、CdS薄膜的性能及應(yīng)用713ZnS、CdS薄膜的制備方法概述814PLD技術(shù)在薄膜材料研究中的應(yīng)用9141PLD技術(shù)原理9142PLD技術(shù)優(yōu)勢10143PLD技術(shù)薄膜材料研究中的應(yīng)用1015半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本理論及研究進(jìn)展12151半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本理論12152半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展13153ZnS／CdS異質(zhì)結(jié)薄膜的研究進(jìn)展151

2、6本論文主要研究內(nèi)容和意義16參考文獻(xiàn)17第二章實(shí)驗儀器及表征測試方法2021實(shí)驗儀器20211ZnS、CdS粉末的制備20212ZnS、CdS靶材的制備21213ZnS／CdS薄膜的制備一2l22表征測試方法22221X射線衍射(XRD)22222場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)23223原子力顯微鏡(AFM)23224X射線能量色散光譜(EDS)一23225高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)23226紫外可見光近紅外(UVVisN

3、IR)吸收光譜一24227光致發(fā)光譜(PL)24第三章ZnS靶材的制備及性能研究2531引言2532實(shí)驗部分2633數(shù)據(jù)分析26311結(jié)構(gòu)表征26312形貌和成分分析一28313相對密度分析一29314光學(xué)性能一3034小結(jié)32參考文獻(xiàn)32第四章藍(lán)寶石襯底上ZnS薄膜的制備及性能研究3441引言3442實(shí)驗部分3443數(shù)據(jù)分析35張偉：PLD制備六方相ZnS／CdS多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜及其光學(xué)性能的研究摘要IIIIIIIIIIIIIllll

4、lllUIY2418949ZnS是一種性能優(yōu)越的IIⅥ族寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的光電特性，因此在平板顯示，薄膜光電器件，光電探測器，傳感器，激光器等方面有著非常廣泛的應(yīng)用。由于ZnS的電子親和勢為39eV以及禁帶寬度室溫下為374eV，使得該材料能夠透過幾乎所有太陽光譜波段，因而在理論上更適合替代CdS薄膜作為CdTe或CGIS薄膜太陽電池的緩沖層或窗口材料。此外，ZnS薄膜的晶格結(jié)構(gòu)對于光電器件的物理性能也起著至關(guān)重要的作

5、用，這是因為半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的形成需要兩種材料間較低的晶格失配率，因而只有晶格常數(shù)相近的半導(dǎo)體材料所制成的異質(zhì)結(jié)才能具備優(yōu)良的性能。由于ZnS在常溫下更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是立方相結(jié)構(gòu)，而ZnS的立方相向六方相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的相變溫度為1020oC。要在如此高的溫度下才能制備獲得六方相的ZnS薄膜，這必然會導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。因此，為了降低生產(chǎn)成本，開發(fā)在低溫下制備六方相ZnS薄膜的工藝方法具有重要意義。本文采用脈沖激光沉積方法(PLD)對ZnS薄膜的沉積

6、條件進(jìn)行探索，并在低溫下成功制備出了六方相ZnS薄膜，同時還制備出了晶格失配率較低的六方相ZnS／CdS多層異質(zhì)結(jié)薄膜。并對其進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)表征和光學(xué)性能的分析。具體內(nèi)容如下：1通過一種簡單的常壓固相燒結(jié)法在不同條件下成功制備了ZnS靶材，并且研究了它的結(jié)構(gòu)相變和發(fā)光特性。我們觀察到了樣品的晶格結(jié)構(gòu)從閃鋅礦結(jié)構(gòu)到纖鋅礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。燒結(jié)溫度低于900oC時，ZnS靶材呈閃鋅礦結(jié)構(gòu)；燒結(jié)溫度高于1100oC時，ZnS靶材呈纖鋅礦結(jié)構(gòu)。實(shí)

7、驗發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)溫度與燒結(jié)時間均對ZnS靶材的結(jié)晶質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。通過實(shí)驗探索獲知，燒結(jié)溫度為1100oC，燒結(jié)時間為100min時獲得的ZnS靶材結(jié)晶質(zhì)量最好，致密性完好，相對密度達(dá)到了94％以上，且鋅硫比接近1：1。此外，激發(fā)波長為325nm的常溫光致發(fā)光譜對樣品進(jìn)行測試觀察到四個發(fā)光峰，分別位于～342、~407、~480和～525nin。通過分析得到，～342nrn附近的峰是近帶邊峰，～407nlll的峰位S空位缺陷到價帶的躍遷，

8、~480nln的峰為導(dǎo)帶到鋅空位的躍遷，在靶材中首次觀察到的～525nnq的峰，該峰為硫空位到表面態(tài)之間的躍遷產(chǎn)生的發(fā)光峰。2通過PLD沉積技術(shù)分別在鍍金和未鍍金的藍(lán)寶石(sapphire)襯底上成功地制備了ZnS薄膜。我們發(fā)現(xiàn)襯底溫度和Au的催化作用對于ZnS薄膜晶體的生長有著重要的影響。我們通過調(diào)節(jié)襯底溫度以及預(yù)先在藍(lán)寶石襯底上沉積一層Au薄層的方法獲得了可控生長不同結(jié)構(gòu)晶相的ZnS薄膜。SEM形貌圖證實(shí)了鍍金襯底上的ZnS薄膜具有