SnSe薄膜的两步法制备与光电性能研究
发布时间：2020-12-18 11:04
采用电子束蒸镀预制层,再对预制层进行硒化的两步法工艺,通过调节硒化温度和退火时间,在玻璃基底上成功制备了SnSe薄膜。利用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、紫外可见近红外分光光度计等研究了SnSe薄膜的物相、微观形貌和光学性能。结果表明,在450℃下硒化退火60min可制备出纯相的多晶SnSe薄膜,其带隙为0.93eV。在功率为200mW/cm2的980nm激光照射下,对SnSe薄膜进行了光电响应特性测试,通过曲线模拟得出所制薄膜的响应时间和恢复时间分别为62和80ms。
【文章来源】：半导体光电. 2020年03期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
硒化退火系统示意图
图2为不同条件下制备的样品薄膜的XRD图谱。从图中可以看出，在350℃条件下，经30min退火后的薄膜有较强的Sn(JCPDS:04-0673）衍射峰，且硒化结束后在石英管硒源处有大量Se粉剩余，原因是反应温度较低，在该系统中Se粉没有完全气化，在石英管中不能产生足够的Se蒸气与预制层Sn发生反应；保持退火时间不变，升高温度至400℃时，预制层Sn的衍射峰明显减弱但没有消失，且在2θ=31.029°处出现SnSe(400）的衍射峰，在2θ=14.364°处出现SnSe2(100）的衍射峰（JCPDS:23-0602），表明在该条件下生成的Se蒸气可以与Sn反应，但是由于反应不够充分，且部分Sn被氧化成Sn4+；继续升高硒化温度至450℃时，可以发现在2θ=31.01°，30.40°处有较强的衍射峰，分别对应SnSe的（400）和（111）晶面，此外在2θ=14.36°处，SnSe2的衍射峰也有所加强，且在2θ=30.67°处依然存在预制层Sn的衍射峰，表明在此条件下，Se与Sn能大量反应生成SnSe，而由于部分Sn被过氧化导致Se量不足，使得部分Sn剩余；继续升高硒化温度至500℃，发现硒化物发生严重挥发，不利于薄膜生成，因此我们在450℃条件下延长硒化时间至60min，可以看到此条件下制备的薄膜其他杂峰完全消失，全部为SnSe的衍射峰，且此时最强衍射峰由原来的（400）变为（111），薄膜生长的最优取向发生了转变。为进一步了解薄膜的物相状态，对在450℃条件下硒化退火30和60min的两个样品进行拉曼散射光谱表征，结果如图3所示。可以看到450℃下制备的样品在70,107,130和151cm-1处均有SnSe振动峰[10]，说明450℃较适合SnSe生长；当退火时间为30min时，在185cm-1处出现SnSe2振动峰，表明此时制备的薄膜成分不纯，有SnSe2生成，这必然导致少量Sn剩余；延长退火时间至60min后该拉曼峰消失，表明此时薄膜成分完全变为SnSe，这与XRD测试结果一致。
为进一步了解薄膜的物相状态，对在450℃条件下硒化退火30和60min的两个样品进行拉曼散射光谱表征，结果如图3所示。可以看到450℃下制备的样品在70,107,130和151cm-1处均有SnSe振动峰[10]，说明450℃较适合SnSe生长；当退火时间为30min时，在185cm-1处出现SnSe2振动峰，表明此时制备的薄膜成分不纯，有SnSe2生成，这必然导致少量Sn剩余；延长退火时间至60min后该拉曼峰消失，表明此时薄膜成分完全变为SnSe，这与XRD测试结果一致。2.2 微观形貌分析
本文编号：2923892
【文章来源】：半导体光电. 2020年03期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
硒化退火系统示意图
图2为不同条件下制备的样品薄膜的XRD图谱。从图中可以看出，在350℃条件下，经30min退火后的薄膜有较强的Sn(JCPDS:04-0673）衍射峰，且硒化结束后在石英管硒源处有大量Se粉剩余，原因是反应温度较低，在该系统中Se粉没有完全气化，在石英管中不能产生足够的Se蒸气与预制层Sn发生反应；保持退火时间不变，升高温度至400℃时，预制层Sn的衍射峰明显减弱但没有消失，且在2θ=31.029°处出现SnSe(400）的衍射峰，在2θ=14.364°处出现SnSe2(100）的衍射峰（JCPDS:23-0602），表明在该条件下生成的Se蒸气可以与Sn反应，但是由于反应不够充分，且部分Sn被氧化成Sn4+；继续升高硒化温度至450℃时，可以发现在2θ=31.01°，30.40°处有较强的衍射峰，分别对应SnSe的（400）和（111）晶面，此外在2θ=14.36°处，SnSe2的衍射峰也有所加强，且在2θ=30.67°处依然存在预制层Sn的衍射峰，表明在此条件下，Se与Sn能大量反应生成SnSe，而由于部分Sn被过氧化导致Se量不足，使得部分Sn剩余；继续升高硒化温度至500℃，发现硒化物发生严重挥发，不利于薄膜生成，因此我们在450℃条件下延长硒化时间至60min，可以看到此条件下制备的薄膜其他杂峰完全消失，全部为SnSe的衍射峰，且此时最强衍射峰由原来的（400）变为（111），薄膜生长的最优取向发生了转变。为进一步了解薄膜的物相状态，对在450℃条件下硒化退火30和60min的两个样品进行拉曼散射光谱表征，结果如图3所示。可以看到450℃下制备的样品在70,107,130和151cm-1处均有SnSe振动峰[10]，说明450℃较适合SnSe生长；当退火时间为30min时，在185cm-1处出现SnSe2振动峰，表明此时制备的薄膜成分不纯，有SnSe2生成，这必然导致少量Sn剩余；延长退火时间至60min后该拉曼峰消失，表明此时薄膜成分完全变为SnSe，这与XRD测试结果一致。
为进一步了解薄膜的物相状态，对在450℃条件下硒化退火30和60min的两个样品进行拉曼散射光谱表征，结果如图3所示。可以看到450℃下制备的样品在70,107,130和151cm-1处均有SnSe振动峰[10]，说明450℃较适合SnSe生长；当退火时间为30min时，在185cm-1处出现SnSe2振动峰，表明此时制备的薄膜成分不纯，有SnSe2生成，这必然导致少量Sn剩余；延长退火时间至60min后该拉曼峰消失，表明此时薄膜成分完全变为SnSe，这与XRD测试结果一致。2.2 微观形貌分析
本文编号：2923892
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