脈沖激光沉積法制備ZnS薄膜及其性質(zhì)的研究.pdf

1、Ⅱ—Ⅵ族化合物ZnS是一種直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，光學(xué)帶隙為3.7eV，有良好的光學(xué)和電學(xué)特性，無論是在光發(fā)射器件領(lǐng)域，還是在α粒子探測器件、薄膜電池和電致發(fā)光領(lǐng)域，都是應(yīng)用極為廣泛的材料。本論文利用KrF準(zhǔn)分子脈沖激光沉積技術(shù)制備ZnS薄膜，并系統(tǒng)地研究了不同襯底、不同溫度以及不同退火處理對薄膜的制備和光學(xué)特性的影響。另外，制備并研究了不同的退火處理方式對硅基薄膜結(jié)晶質(zhì)量的影響。 1.在玻璃襯底上制備了100℃、200℃、300

2、℃、400℃和500℃溫度下的ZnS納米薄膜。X射線衍射譜表明，隨著襯底溫度的提高，（111）晶向衍射峰強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，半高寬先變寬后變窄，其中，200℃下最寬，500℃下最窄，說明在較高的溫度下制備的薄膜質(zhì)量較好。認(rèn)為高溫可以提高沉積顆粒的遷移率，更有利于結(jié)晶。 2.利用熒光分光光度計(jì)測量了ZnS/Glass的透射光譜。結(jié)果顯示，在可見光范圍內(nèi)透過率處在60％—90％之間，其中低溫度下制備的薄膜平均透過率大于高溫度下制備的薄膜透

3、過率。計(jì)算表明薄膜光學(xué)帶隙Eg隨著襯底溫度的升高從3.45eV增加到3.67eV。分析帶隙普遍小于3.7eV的原因，認(rèn)為由于生長條件處在10—5Pa高真空氛圍下，硫元素?fù)p失嚴(yán)重，造成化學(xué)配比失衡，影響到帶隙藍(lán)移，但是，溫度升高的同時(shí)卻有利于改善膜的質(zhì)量，因此帶隙逐漸向體材料靠近。與以往僅僅根據(jù)衍射峰在2θ=28.5°處來判斷薄膜結(jié)構(gòu)類型的方式不同，本實(shí)驗(yàn)采用光學(xué)帶隙的大小來區(qū)別薄膜是六方結(jié)構(gòu)纖鋅礦的α—ZnS（002）或者是閃鋅礦型的β

4、—ZnS（111），從而找到一個(gè)新的低溫下判斷結(jié)構(gòu)類型的方法。 3.改變襯底溫度，在P—Si（100）上制備了ZnS薄膜，X射線顯示薄膜擁有（111）、（220）和（311）多晶向，其中（111）為擇優(yōu)生長方向，并隨著溫度的提高強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，半高寬變窄，AFM圖顯示顆粒尺寸變大，表面明顯變粗糙。結(jié)果表明高溫可以增強(qiáng)結(jié)晶度，但是影響了薄膜的表面平整度。 4.在200℃襯底溫度下，分別于玻璃和Si（100）襯底上生長了ZnS

5、薄膜，研究了300℃、400℃和500℃不同溫度下退火處理對薄膜質(zhì)量和光學(xué)性質(zhì)的影響。退火處理后顆粒尺寸先變小后減大，與薄膜的AFM圖片顯示結(jié)果一致。300℃和400℃退火使得ZnS/Glass透射率減少到60％，并且使光學(xué)帶隙發(fā)生藍(lán)移，而高溫500℃退火能使透射率達(dá)到80％左右，帶隙和200℃未退火相同，帶隙靠近體材料3.6eV。說明在500℃以上的溫度下退火要比較低溫度下的退火更有利于薄膜質(zhì)量的改善。 5.高真空、200℃襯