Si基ZnS納米薄膜的化學(xué)水浴合成及其光學(xué)特性研究.pdf

1、在諸多半導(dǎo)體材料中，ZnS是一種重要的禁帶寬度為3.7 eV半導(dǎo)體材料，在光電等方面有廣泛的應(yīng)用。對ZnS薄膜進行摻雜和熱退火處理可以明顯的改善ZnS薄膜的物理、化學(xué)等性能，在摻雜方面ZnS薄膜的n型摻雜尤為重要，為以后的p-n結(jié)的制備打下基礎(chǔ)。
　　本文利用化學(xué)水浴法合成了多晶的ZnS薄膜和ZnS:Al3+薄膜，深入研究了樣品的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。主要的研究結(jié)果有：
　　(1)當氨水作為絡(luò)合劑和pH值調(diào)節(jié)劑時，光快速熱處理并

2、沒有導(dǎo)致非晶態(tài)的ZnS薄膜的結(jié)晶,這顯示硅襯底上水浴制備結(jié)晶的ZnS薄膜單采用氨水作為絡(luò)合劑是不行的；隨著Thermal Treatment Temperature(Trtt)的升高，ZnS薄膜顆粒有比較明顯的細化趨勢，顆粒尺寸分布趨于均勻，表面粗糙度趨于減小，這可能是歸結(jié)于光快速熱處理過程中顆粒的重新排列和生長；薄膜的吸收邊隨Trtt總體趨于紅移，該紅移可歸結(jié)于薄膜的應(yīng)力的變化；Trtt的升高起初增大了薄膜中的點缺陷，隨后由于薄膜內(nèi)部

3、的原子重新排列，點缺陷減少。值得注意是當Trtt>300℃時，與點缺陷相關(guān)的發(fā)光峰幾乎消失。
　　(2)采用三乙醇胺作為絡(luò)合劑，氨水作為pH值調(diào)節(jié)劑，在重摻雜的p型Si(100)襯底上合成了ZnO薄膜而不是ZnS薄膜，這可能歸咎于ZnS的水解；選用乙二胺作為絡(luò)合劑，當pH值為4時，制備出了結(jié)晶質(zhì)量較好的ZnS薄膜。
　　(3)選用乙二胺作為絡(luò)合劑，研究了乙二胺濃度對ZnS性質(zhì)的影響。所制備的ZnS由立方相和少量的六方相組成。

4、未加入乙二胺時，薄膜表面粗糙，出現(xiàn)了明顯的顆粒團聚現(xiàn)象。隨著乙二胺濃度的增加，薄膜表面趨于光滑和致密，可以看出絡(luò)合劑在改善薄膜表面方面扮演著重要的角色。光學(xué)吸收邊隨乙二胺濃度的增加會藍移，這歸結(jié)于薄膜中應(yīng)力的影響。所有樣品的發(fā)射光譜均在可見光區(qū)呈現(xiàn)了寬的發(fā)射帶，這與薄膜中的點缺陷(鋅空位和硫空位)有關(guān)。
　　(4)前驅(qū)物鋅離子濃度(CZn)對ZnS薄膜性能的影響很明顯。當CZn為0.25 M時, XRD譜中觀測不到明顯的ZnS特征

5、衍射峰，這表明在這種濃度下很難生成ZnS薄膜，或生成的薄膜結(jié)晶性不好，呈現(xiàn)非晶態(tài)。隨著CZn的增加，薄膜的結(jié)晶性得到明顯改善。
　　(5)本征的ZnS薄膜的電阻率為1.5×107Ωcm，當AlCl3為1.0 mmol時，電阻率降至4.2×102Ωcm，然后又隨著AlCl3的增加而有所增大。薄膜電阻率起初的降低歸結(jié)于部分Al3+對Zn2+的替代和薄膜結(jié)晶性的改善，前者會引起薄膜中自由載流子濃度的增加，而后者會提高自由載流子的遷移率。