GaSb多晶薄膜材料的制備和研究.pdf

1、熱光伏技術(shù)(TPV)是通過熱光伏電池將各種燃料燃燒釋放出的熱輻射能轉(zhuǎn)換成可用電能的新型技術(shù)。熱光伏技術(shù)屬于光伏電池的第三代技術(shù)，由于其廣泛的熱源來源，此項技術(shù)目前被國內(nèi)外廣泛的研究。TPV電池是熱光伏技術(shù)的主要部分，構(gòu)成TPV電池的材料的禁帶寬度都比較小。GaSb材料的帶隙為0.72eV，具有較高的吸收系數(shù)、較高的電導(dǎo)率以及晶化率高等優(yōu)點(diǎn)，成為熱光伏電池的理想材料。本論文通過物理氣相沉積(PVD)技術(shù)，以銻(Sb)、鎵(Ga)、銦(In

2、)、碲(Te)為原料，在各種襯底上制備出GaSb和InGaSb多晶薄膜，系統(tǒng)的研究了GaSb和InGaSb多晶薄膜材料的制備參數(shù)。論文分以下幾點(diǎn)進(jìn)行了研究：
　　 1.GaSb多晶薄膜材料的制備及其特性的研究
　　 首先通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，研究了無摻雜情況下，襯底溫度、Ⅲ/Ⅴ族元素蒸發(fā)溫度、薄膜厚度、緩沖層、退火等條件對GaSb多晶薄膜的擇優(yōu)取向、晶粒尺寸、載流子濃度、遷移率、吸收系數(shù)、表面形貌等的影響。在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，所得G

3、aSb多晶薄膜的平均反射率只有20％左右，薄膜的吸收系數(shù)在光子能量僅為0.8eV時已經(jīng)達(dá)到104cm-1；所得薄膜的晶向都為[111]；隨襯底溫度(Tsub)的增加，遷移率、晶粒尺寸分別增加，AFM顯示薄膜表面顆粒逐漸變大，在厚度只有0.5um時，遷移率最高達(dá)到70.2cm2/(V.s)；隨薄膜的變厚，載流子濃度、遷移率、晶粒尺寸都分別變大；隨Ga源蒸發(fā)溫度(TGa)的提高，載流子濃度增加，載流子濃度可達(dá)1.9X1018/cm-3；隨S

4、b源蒸發(fā)溫度(Tsb)的提高，載流子濃度、遷移率、晶粒尺寸都呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在Tsb=440℃的時候取得最優(yōu)值，此時遷移率為97.9 cm2/(V.s)，晶粒大小為41.9nm；生長緩沖層、在襯底溫度為500℃時退火半小時都能提高薄膜的晶化程度。
　　 2.InGaSb多晶薄膜材料的制備和性能研究
　　 論文研究了In蒸發(fā)源溫度(TIn)的變化，對InxGa1-xSb多晶薄膜的結(jié)構(gòu)特性、光學(xué)特性、及Raman譜的

5、影響。在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，InxGa1-xSb多晶薄膜具有[111]擇優(yōu)取向，晶化程度相比GaSb有了一定的提高，說明In的摻入改善了成膜質(zhì)量；隨著TIn的增加，材料的帶隙呈現(xiàn)減小的趨勢，吸收系數(shù)增加；隨著TIn的逐漸增加，從Raman譜中可以看到GaSb對應(yīng)的TO峰強(qiáng)度逐漸減弱，在In(In+Ga)的值達(dá)到0.43以上的時候，Raman譜中出現(xiàn)InSb的TO峰。
　　 3.單質(zhì)Te高溫蒸發(fā)摻雜對GaSb薄膜影響的初步研究
　

6、　 論文初步研究了Te進(jìn)行摻雜時，GaSb薄膜性質(zhì)的變化。在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)：在Te的蒸發(fā)溫度(TTe)超過300℃時，從XRD譜中可以觀測到GaSb和GaTe的衍射峰，在TTe達(dá)到500℃時，在XRD譜中看不到GaSb的衍射峰，說明薄膜的主要成份已經(jīng)變成GaTe；在TTe<300℃時，XRD譜中只出現(xiàn)GaSb的衍射峰，并且在TTe=200℃的低溫?fù)诫s時，由于Te雜質(zhì)的缺陷補(bǔ)償作用，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量反而變好。盡管在實(shí)驗(yàn)過程中，偶爾得到載流子