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| 真空氣相沉積制備碲化鎘薄膜的電學(xué)和光學(xué)特性 |
| 發(fā)布時(shí)間：2017-09-11 瀏覽： 次 |
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CdTe屬一V族化合物半導(dǎo)體其結(jié)構(gòu)與Si、Ge有相似之處，即其晶體主要靠共價(jià)鍵結(jié)合，但又有一定的離子性，與同一周期的W族半導(dǎo)體相比，CdTe的結(jié)合強(qiáng)度很大。因此，在常溫下，CdTe半導(dǎo)體的導(dǎo)電性主要由摻雜決定。同時(shí)薄膜的組分、結(jié)構(gòu)和熱處理工藝對(duì)CdTe薄膜的電阻率和導(dǎo)電類型也有很大影響。 CdTe具有直接帶隙結(jié)構(gòu)。對(duì)于波長(zhǎng)小于吸收限的光，CdTe膜有很高的光吸收系數(shù)，只要薄膜厚度達(dá)到識(shí)m左右，足以吸收hu>1. 45eV的大部分陽(yáng)光，從而降低了對(duì)材料擴(kuò)散長(zhǎng)度的要求。在薄膜沉積過(guò)程中，沉積參數(shù)對(duì)熱蒸發(fā)法獲得的CdTe薄膜的光吸收特性有影響，對(duì)于不同厚度的CdTe膜吸收系數(shù)隨吸收限和吸收限附近入射光子能量而變化實(shí)驗(yàn)13表明膜越薄，吸收系數(shù)越高。 本工作采用真空氣相沉積的方法，在真空室中用鉬舟加熱，同時(shí)蒸發(fā)Cd+Te材料，形成CdTe薄膜。為改善其性能，在材料中摻雜In并在氮?dú)庵袑?duì)薄膜進(jìn)行熱處理。對(duì)熱處理前后的薄膜進(jìn)行測(cè)試和分析，研究其電學(xué)和光學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)表明，CdTe薄膜的電學(xué)和光學(xué)特性主要受材料的元素組分比，各組分的均勻性、結(jié)晶程度、晶格結(jié)構(gòu)及晶界的影響。因此對(duì)CdTe薄膜的電學(xué)和光學(xué)特性研究對(duì)制備光伏性能良好的薄膜是十分重要的。 1實(shí)驗(yàn)1沉積CdTe薄膜在真空室中用真空氣相沉積方法，原材料為高純度的Cd+Te材料，用鉬舟加熱，在玻璃襯底上沉積CdTe薄膜。在沉積過(guò)程中進(jìn)行摻雜，按比例在材料中加入In并對(duì)膜厚進(jìn)行測(cè)控。 1.2CdTe薄膜的熱處理熱處理CdTe薄膜時(shí)，用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體，氣體流量約為900mL/min.對(duì)未摻雜的CdTe薄膜分別2結(jié)果與討論1CdTe薄膜的電學(xué)特性用四探針?lè)y(cè)試薄膜的電阻率。未摻雜In的CdTe薄膜無(wú)論配比如何，其電阻率都很高，證實(shí)了未摻雜In的CdTe材料是典型的高電阻率半導(dǎo)體。為不同的熱處理?xiàng)l件對(duì)CdTe薄膜電阻率的影響。從a可以發(fā)現(xiàn)在50C熱處理7min時(shí)，薄膜電阻率最小，大于或小于7min時(shí)，電阻率都高。由b在相同的熱處理時(shí)間(7min)內(nèi)，熱處理溫度超過(guò)50C后，隨著溫度的升高，電阻率越基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(6956001)不同熱處理時(shí)間溫度條件對(duì)CdTe薄膜電阻率的影響是熱處理溫度T=5QC的條件下，對(duì)CdTe薄膜熱處理7min，熱處理前后薄膜電阻率的變化情況。從可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Cd：Te=0.6：1的1716和15樣品熱處理后電阻率下降較快。沉積時(shí)間為3min制備的16樣品，熱處理后電阻率下降熱處理前不同CdTe薄膜光吸收響應(yīng)曲線當(dāng)熱處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，由于Te蒸發(fā)，薄膜中Te含量下降，薄膜組分與化學(xué)計(jì)量比偏移較大，故薄膜電阻率又增大。另外，當(dāng)熱處理溫度較高時(shí)，由于襯底與CdTe之間熱膨脹系數(shù)不同，在膜內(nèi)產(chǎn)生晶體缺陷，這對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和特性也會(huì)有顯著的影響，使CdTe薄膜電阻率上升。 3(1、351、401進(jìn)行熱處理，測(cè)試結(jié)果表明薄膜經(jīng)熱處理后，電阻率仍很大?？梢?jiàn)純CdTe是高電阻率半導(dǎo)體材料。 用冷熱探針?lè)y(cè)試樣品的導(dǎo)電類型，結(jié)果表明樣品均為P型，只是熱處理后P型較強(qiáng)。 2.2CdTe薄膜的光學(xué)特性晶4粒逐漸晉n晶界效應(yīng)減起自由載流費(fèi)lishings-34QQ型分光光度計(jì)測(cè)量1薄膜的透射率譜太陽(yáng)能學(xué)報(bào)23卷理后的公價(jià)4薄膜禁遵寬度約為▲Yeci.cXblishing反射率譜和玻璃襯底的透射率譜，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算出CdTe膜的吸收率譜。給出了未經(jīng)熱處理的CdTe薄膜的光學(xué)吸收譜。 由可見(jiàn)，不同的薄膜樣品，其吸收曲線不同，這是由于在薄膜沉積過(guò)程中，沉積參數(shù)對(duì)熱蒸發(fā)方法獲得的CdTe薄膜的光吸收有影響，薄膜在4580A附近吸收最強(qiáng)，長(zhǎng)波部分吸收較弱。為熱處理時(shí)間t=7min，不同的熱處理溫度與薄膜吸收率關(guān)系(樣品Cd 6：1，未摻In)。由可見(jiàn)，熱處理溫度高則吸收性好，但升溫到350C，則吸收又迅速減小。 這是由于熱處理使薄膜晶粒長(zhǎng)大，結(jié)構(gòu)趨于完整，從而有利于膜的光吸收。當(dāng)熱處理溫度高于350C時(shí)，造成Te蒸發(fā)，薄膜富Cd化學(xué)計(jì)量比偏離增大，缺陷增加，嚴(yán)重影響光吸收特性。 可見(jiàn)，在不同的熱處理溫度下，薄膜吸收最強(qiáng)處仍發(fā)生在X=458A附近，然后依次減弱。為熱處理溫度T=5C不同熱處理時(shí)間的CdTe薄膜的光吸收譜(6系樣品Cd 50%)由可見(jiàn)熱處理時(shí)間增長(zhǎng)，則吸收性好，這是由于熱處理使薄膜內(nèi)晶粒長(zhǎng)大，結(jié)構(gòu)趨于完整，從而有利于膜的光吸收。 由于CdTe是直接帶隙半導(dǎo)體，滿足直接帶間躍遷，吸收系數(shù)a和光子能量hu滿足下列關(guān)系的報(bào)道基本一致，可見(jiàn)由于摻雜In不但提高了CdTe半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，而且改善了其光學(xué)性質(zhì)。 3結(jié)論純CdTe薄膜電阻率很大，是高電阻率半導(dǎo)體化合物。摻雜In可以降低薄膜的電阻率，薄膜經(jīng)熱處理后電阻率進(jìn)一步降低。 適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件能改善薄膜的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)。 摻雜In的CdTe膜有較高的光吸收系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)所制備的薄膜約為41X14cm，光學(xué)性質(zhì)優(yōu)于未摻雜In的薄膜。 熱處理前的CdTe薄膜在室溫下的禁帶寬度約為1.46eV，熱處理后的CdTe薄膜禁帶寬度約為1.40~1.44eV.季秉厚等。 本文由真空鍍膜機(jī)http://938388.cn/收集整理，僅供學(xué)習(xí)! |
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