磁控濺射PbTe納米材料的制備、表征及特性研究.pdf

1、鉛的硫?qū)倩衔?PbS、PbSe和PbTe)是一種窄帶隙半導(dǎo)體，廣泛應(yīng)用于紅外探測(cè)器、二極管激光器以及熱電器件等領(lǐng)域。PbTe為一種具有巖鹽結(jié)構(gòu)的窄帶隙半導(dǎo)體，其帶隙寬度為0.31 eV。PbTe的量子效率高，在工作溫度范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，并且可以通過(guò)改變合金比例來(lái)調(diào)整峰值波長(zhǎng)，使其可以應(yīng)用于紅外光電器件(如紅外探測(cè)器和中紅外量子阱激光器二極管等)。同時(shí)其折射率高達(dá)5。5，透明波段寬，因而在紅外光學(xué)薄膜中是重要的高折射率材料。由于PbTe具

2、有很高的熱電性能系數(shù)，比較高的熔點(diǎn)，化學(xué)穩(wěn)定性好，以及蒸汽壓比較低，在中溫區(qū)(500-900 K)熱電材料中是效率最高的。碲化鉛在航空航天、環(huán)保、醫(yī)療、激光技術(shù)和太陽(yáng)能技術(shù)等多個(gè)高技術(shù)領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，作為溫差致冷材料能實(shí)現(xiàn)小范圍無(wú)污染致冷，已在高檔豪華轎車(chē)上獲得了實(shí)際應(yīng)用。尤其是隨著量子結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池研究的深入，PbTe量子點(diǎn)有望極大地提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率。
　　PbTe薄膜的制備方法有很多種，主要有分子束外延(MBE)、真

3、空蒸發(fā)、電化學(xué)沉積、脈沖激光沉積(PLD)、磁控濺射法等。在這些方法中磁控濺射法具有高速、低溫、成本較低、能實(shí)現(xiàn)大面積成膜等優(yōu)點(diǎn)，其膜厚的可控性和重復(fù)性較好，是經(jīng)常使用的薄膜制備方法之一。
　　本論文介紹了采用射頻磁控濺射法制備PbTe納米薄膜。初步研究了不同的工藝參數(shù)對(duì)PbTe納米薄膜結(jié)構(gòu)的影響。所取得的主要研究結(jié)果為:
　　1.利用X射線(xiàn)衍射法對(duì)射頻磁控濺射制備PbTe薄膜進(jìn)行了分析。得到的主要結(jié)論有:
　　(1)

4、在襯底未加熱時(shí)，濺射制備的薄膜都表現(xiàn)出<100>方向的擇優(yōu)取向性。并且在濺射功率為30W和濺射時(shí)間為10min時(shí)得到的薄膜的擇優(yōu)取向性最好，晶粒最大。
　　(2)襯底溫度對(duì)薄膜的結(jié)晶性能影響最大。在襯底未加熱，襯底溫度為100和400℃時(shí)，薄膜具有明顯的擇優(yōu)取向性，并且在未加襯底溫度時(shí)薄膜的擇優(yōu)取向性最好。在200℃和300℃時(shí)，薄膜沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的擇優(yōu)取向性。
　　(3)退火處理可以改善薄膜的結(jié)晶性能。從室溫到500℃的范

5、圍里，退火溫度越高，薄膜的<100>織構(gòu)增強(qiáng)，晶粒增大。
　　2.用X射線(xiàn)衍射和原子力顯微鏡研究了退火時(shí)間和襯底溫度對(duì)濺射制備PbTe薄膜微觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響。
　　退火時(shí)間與襯底溫度對(duì)磁控濺射制備PbTe薄膜的結(jié)構(gòu)和表面形貌有很大的影響。在400℃退火溫度下，退火時(shí)間為15 min時(shí)得到的薄膜表面最平整。在30W濺射功率下制備PbTe薄膜，在襯底溫度為100℃時(shí)，薄膜表面最平整，并且XRD分析得到，在未加襯底溫度時(shí)制備的薄膜的擇