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| 真空氣相沉積制備碲化鎘薄膜的電學和光學特性 |
| 發布時間：2017-09-11 瀏覽： 次 |
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CdTe屬一V族化合物半導體其結構與Si、Ge有相似之處，即其晶體主要靠共價鍵結合，但又有一定的離子性，與同一周期的W族半導體相比，CdTe的結合強度很大。因此，在常溫下，CdTe半導體的導電性主要由摻雜決定。同時薄膜的組分、結構和熱處理工藝對CdTe薄膜的電阻率和導電類型也有很大影響。 CdTe具有直接帶隙結構。對于波長小于吸收限的光，CdTe膜有很高的光吸收系數，只要薄膜厚度達到識m左右，足以吸收hu>1. 45eV的大部分陽光，從而降低了對材料擴散長度的要求。在薄膜沉積過程中，沉積參數對熱蒸發法獲得的CdTe薄膜的光吸收特性有影響，對于不同厚度的CdTe膜吸收系數隨吸收限和吸收限附近入射光子能量而變化實驗13表明膜越薄，吸收系數越高。 本工作采用真空氣相沉積的方法，在真空室中用鉬舟加熱，同時蒸發Cd+Te材料，形成CdTe薄膜。為改善其性能，在材料中摻雜In并在氮氣中對薄膜進行熱處理。對熱處理前后的薄膜進行測試和分析，研究其電學和光學性能。實驗表明，CdTe薄膜的電學和光學特性主要受材料的元素組分比，各組分的均勻性、結晶程度、晶格結構及晶界的影響。因此對CdTe薄膜的電學和光學特性研究對制備光伏性能良好的薄膜是十分重要的。 1實驗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。在沉積過程中進行摻雜，按比例在材料中加入In并對膜厚進行測控。 1.2CdTe薄膜的熱處理熱處理CdTe薄膜時，用氮氣作保護氣體，氣體流量約為900mL/min.對未摻雜的CdTe薄膜分別2結果與討論1CdTe薄膜的電學特性用四探針法測試薄膜的電阻率。未摻雜In的CdTe薄膜無論配比如何，其電阻率都很高，證實了未摻雜In的CdTe材料是典型的高電阻率半導體。為不同的熱處理條件對CdTe薄膜電阻率的影響。從a可以發現在50C熱處理7min時，薄膜電阻率最小，大于或小于7min時，電阻率都高。由b在相同的熱處理時間(7min)內，熱處理溫度超過50C后，隨著溫度的升高，電阻率越基金項目：國家自然科學基金資助項目(6956001)不同熱處理時間溫度條件對CdTe薄膜電阻率的影響是熱處理溫度T=5QC的條件下，對CdTe薄膜熱處理7min，熱處理前后薄膜電阻率的變化情況。從可以發現，當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薄膜光吸收響應曲線當熱處理時間過長時，由于Te蒸發，薄膜中Te含量下降，薄膜組分與化學計量比偏移較大，故薄膜電阻率又增大。另外，當熱處理溫度較高時，由于襯底與CdTe之間熱膨脹系數不同，在膜內產生晶體缺陷，這對薄膜的結構和特性也會有顯著的影響，使CdTe薄膜電阻率上升。 3(1、351、401進行熱處理，測試結果表明薄膜經熱處理后，電阻率仍很大。可見純CdTe是高電阻率半導體材料。 用冷熱探針法測試樣品的導電類型，結果表明樣品均為P型，只是熱處理后P型較強。 2.2CdTe薄膜的光學特性晶4粒逐漸晉n晶界效應減起自由載流費lishings-34QQ型分光光度計測量1薄膜的透射率譜太陽能學報23卷理后的公價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，利用計算機計算出CdTe膜的吸收率譜。給出了未經熱處理的CdTe薄膜的光學吸收譜。 由可見，不同的薄膜樣品，其吸收曲線不同，這是由于在薄膜沉積過程中，沉積參數對熱蒸發方法獲得的CdTe薄膜的光吸收有影響，薄膜在4580A附近吸收最強，長波部分吸收較弱。為熱處理時間t=7min，不同的熱處理溫度與薄膜吸收率關系(樣品Cd 6：1，未摻In)。由可見，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大，結構趨于完整，從而有利于膜的光吸收。當熱處理溫度高于350C時，造成Te蒸發，薄膜富Cd化學計量比偏離增大，缺陷增加，嚴重影響光吸收特性。 可見，在不同的熱處理溫度下，薄膜吸收最強處仍發生在X=458A附近，然后依次減弱。為熱處理溫度T=5C不同熱處理時間的CdTe薄膜的光吸收譜(6系樣品Cd 50%)由可見熱處理時間增長，則吸收性好，這是由于熱處理使薄膜內晶粒長大，結構趨于完整，從而有利于膜的光吸收。 由于CdTe是直接帶隙半導體，滿足直接帶間躍遷，吸收系數a和光子能量hu滿足下列關系的報道基本一致，可見由于摻雜In不但提高了CdTe半導體的導電性，而且改善了其光學性質。 3結論純CdTe薄膜電阻率很大，是高電阻率半導體化合物。摻雜In可以降低薄膜的電阻率，薄膜經熱處理后電阻率進一步降低。 適當的熱處理條件能改善薄膜的電學、光學性質。 摻雜In的CdTe膜有較高的光吸收系數，本實驗所制備的薄膜約為41X14cm，光學性質優于未摻雜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http://www.xchuang.cn/收集整理，僅供學習! |
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