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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)布時間：2017-09-11 瀏覽：3939 次 |
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。同時薄膜的組分、結(jié)構(gòu)和熱處理工藝對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)。對于波長小于吸收限的光，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(shù)對熱蒸發(fā)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(shù)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(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(xué)和光學(xué)性能。實驗表明，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CdTe薄膜的電學(xué)和光學(xué)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(jié)果與討論1CdTe薄膜的電學(xué)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(dǎo)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(fā)現(xiàn)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(nèi)，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(xué)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(fā)現(xiàn)，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(yīng)曲線當熱處理時間過長時，由于Te蒸發(fā)，薄膜中Te含量下降，薄膜組分與化學(xué)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(shù)不同，在膜內(nèi)產(chǎn)生晶體缺陷，這對薄膜的結(jié)構(gòu)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(jié)果表明薄膜經(jīng)熱處理后，電阻率仍很大?？梢娂僀dTe是高電阻率半導(dǎo)體材料。 用冷熱探針法測試樣品的導(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。 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lishings-34QQ型分光光度計測量1薄膜的透射率譜太陽能學(xué)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(jīng)熱處理的CdTe薄膜的光學(xué)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(shù)對熱蒸發(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，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(guān)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(jié)構(gòu)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(fā)，薄膜富Cd化學(xué)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(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(nèi)晶粒長大，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)系的報道基本一致，可見由于摻雜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)熱處理后電阻率進一步降低。 適當?shù)臒崽幚項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)，本實驗所制備的薄膜約為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http://1422com.cn/收集整理，僅供學(xué)習(xí)! |
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