ZnS光電薄膜的制備及摻雜對其性能的影響.pdf

1、本文采用真空蒸發(fā)法在石英玻璃上沉積了ZnS薄膜，并利用原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)對制備的薄膜進(jìn)行了表面結(jié)構(gòu)和斷面情況的觀測，同時測量了薄膜的吸收透射譜和光致發(fā)光譜。觀測結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)制備的ZnS薄膜均勻致密，顆粒細(xì)小，質(zhì)量良好，同時可以根據(jù)測量的數(shù)據(jù)得出制備的薄膜為六方(纖鋅礦)結(jié)構(gòu)的α-ZnS。
　　 通過對在玻璃襯底上沉積的ZnS薄膜進(jìn)行摻雜，摻雜元素為Na和Li，獲得ZnS∶Na和ZnS∶Li薄膜，然

2、后在相同條件下對這兩種摻雜后的薄膜進(jìn)行了表面結(jié)構(gòu)的觀測以及吸收譜和光致發(fā)光譜的測量。結(jié)果表明兩者在可見光范圍內(nèi)的吸收有較明顯的差異，發(fā)光效率差別很大。本文對產(chǎn)生這種差異的原因進(jìn)行了多方面的分析，得到了很多有意義的結(jié)論，這對于ZnS的摻雜工藝是一種很有價值的探討和補(bǔ)充。
　　 薄膜制備后期的熱處理是薄膜處理中的一種很常用的方式，它在薄膜結(jié)構(gòu)和性能的改善方面有著極其重要的作用。本文在氬氣環(huán)境中對制備的ZnS薄膜進(jìn)行了退火處理，退火的

3、方式是每100℃退火一次，退火時間為1 h，每次退火完畢后，采用SEM對薄膜表面、斷面情況進(jìn)行觀測，獲得退火后薄膜表面的微結(jié)構(gòu)的變化情況，同時獲得薄膜的厚度值。本文也測試了每次退火后薄膜的吸收透射譜，光致發(fā)光譜，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用理論計(jì)算的方式，獲得了薄膜光學(xué)帶寬隨退火溫度的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨退火溫度的變化，薄膜的結(jié)構(gòu)、厚度、在可見光范圍的吸收和光致發(fā)光譜的強(qiáng)度等都呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性變化。從300℃(平均厚度為105 nm)到700

4、℃(平均厚度為85 nm)，隨退火溫度的升高，薄膜厚度變小，而從700℃～900℃(平均厚度為108 nm)，隨退火溫度的繼續(xù)升高，薄膜厚度又開始變大。通過分析，我們認(rèn)為這是由于退火對薄膜里缺陷的影響造成的，并對缺陷變化的原因進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶接?。在光學(xué)性質(zhì)方面，退火溫度在300℃～600℃，隨溫度的升高，薄膜在可見光區(qū)域的吸收減小，光學(xué)帶寬發(fā)生藍(lán)移，可見光區(qū)內(nèi)一較寬的與深能級缺陷相關(guān)的發(fā)光帶(DLE)增加；而600℃后，隨著退火溫度的繼續(xù)

5、升高，薄膜在可見光區(qū)域的吸收開始增大，光學(xué)帶寬發(fā)生紅移，DLE降低。本文分析了這種變化產(chǎn)生的主要原因，并發(fā)現(xiàn)這種原因和結(jié)構(gòu)變化的產(chǎn)生原因基本上是一致的。
　　 本文對ZnS∶Na和ZnS∶Li在相同條件下進(jìn)行了退火處理，比較了它們退火后的光學(xué)性質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)測試了它們光學(xué)性質(zhì)方面的參數(shù)，實(shí)驗(yàn)可以看出，退火對它們的光學(xué)性質(zhì)有顯著的影響，而且可以看出退火對兩者性質(zhì)的影響存在著一定的差異。我們探討和分析了產(chǎn)生這種影響的物理機(jī)制，并對它們