Ⅳ-Ⅵ族半导体异质结制备及其能带结构研究

发布时间：2020-04-08 08:38

【摘要】：在科学发展的历史上,物理学家在半导体异质结界面发现了许多新奇、重要的物理现象。Ⅳ-Ⅵ族碲化物半导体(PbTe、PbSe和SnTe等)有着光电转换效率高、窄带隙带边跃迁发光、热导率低和赛贝克系数较大等优点,在中红外光电子和热电器件中有着重要的应用,备受国内外研究团队关注。本文的工作主要是研究了 Ⅳ-Ⅵ族半导体异质结构及其基本性质。取得的创新结果如下(1)采用半导体异质结缓冲层CdTe/ZnTe,在GaAs(211)衬底上分子束外延生长了 PbTe薄膜。外延PbTe的晶体结构、光学和电学特性表征表明该衬底上生长PbTe在250℃附近有一个狭窄的生长窗口。原位RHEED观察到生长模式从2D到3D的转变,这与原子力显微镜和扫描电子显微镜表征的结果一致。高分辨率X射线衍射显示PbTe晶体的生长从GaAs的[211]衬底取向变为了[531]方向。通过拉曼散射观察到与PbTe相关的多个声子模式,用光致发光谱观察到峰值位于3.5 μm的PbTe的中红外发光。通过霍尔测试得到PbTe外延层的载流子浓度约为5 × 1017 cm-3,室温下的电子迁移率为675 cm2/Vs,2 K时的迁移率为4300cm2/V.s。在带有CdTe/ZnTe缓冲层的GaAs(211)衬底上生长的PbTe在光电子学和热电学领域中可能具有应用前景。(2)采用X射线光电子能谱(XPS)研究了由分子束外延生长的SnTe和PbTe形成的异质结界面的能带结构,通过分析测量数据和影响其能带排列的因素得到了异质结界面的带阶。合理选取了远离价带顶的芯能级,并利用Pb和Sn的多个芯能级来共同确定异质结的价带带阶 XPS的结果显示该能带结构是Ⅲ型能带结构,价带带阶为1.37±0.18eV,导带带阶为1.23±0.18eV 其结果有助于理解PbTe/SnTe异质结界面的载流子输运和能量传递,有益于PbTe/SnTe异质结在新型光电子器件领域的应用。(3)采用分子束外延生长了CdTe/SnTe异质结,通过XPS测量和Kraut方法确定了CdTe/SnTe(111)异质结界面的能带结构,并采用改变CdTe/SnTe异质结顶层CdTe厚度确定异质结两种材料价带边位置的方法对价带带阶进行了进一步验证,发现两个测量结果相一致。XPS的结果显示该能带结构是太阳能电池理想的Ⅰ型能带结构,价带带阶为1.33±0.18eV,导带带阶为0.09±0.18eV。CdTe/SnTe异质结的能带结构的实验确定可有助于改进CdTe薄膜太阳能电池的光伏性能和并有利于其他涉及CdTe/SnTe异质结器件的设计和制造。此外,将SnTe结合到CdTe薄膜太阳能电池的背接触缓冲层中,与不含SnTe缓冲层的电池结构进行了对比,验证了 SnTe用作太阳能电池背接触的可行性,且在具有更高电池稳定性的基础上,SnTe缓冲层电池的性能与传统CuxTe缓冲层电池性能相接近,并具有进一步的提升空间。
【图文】：

图１．１邋ＩＶ－ＶＩ族半导体的面心立方结构示意图逡逑表１．１常见ＩＶ－ＶＩ族半导体的物理参数逡逑

图１１逡逑ｌ．３邋ＩＶ－ＶＩ
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN304

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本文编号：2619133