Zn沉积时间对低温硫化制备ZnS薄膜性能的影响

发布时间：2022-01-23 18:55

　　采用磁控溅射方法在不同时间下沉积了Zn薄膜,接着先后在200℃和400℃温度下的硫蒸气和氩气氛中进行了低温硫化退火,时间都为1 h,最后得到不同厚度的六方相ZnS薄膜。以XRD、SEM、EDS和紫外可见分光光度计对薄膜进行表征。研究表明:随着Zn沉积时间的增加,硫化制备的ZnS薄膜的晶粒尺寸、光透过率、带隙、S/Zn摩尔比都发生了明显变化,但变化趋势不同。并且,对其低温硫化生长ZnS薄膜的机理进行了讨论。此外,硫化前的抽真空处理可以明显改善ZnS薄膜的质量。所有低温硫化制备的ZnS薄膜在400～1100 nm范围光透过率约为70%,带隙值为3.49～3.57 eV。其中,3 min沉积的Zn在抽真空后低温硫化生长的ZnS薄膜质量最佳。 

【文章来源】：电子元件与材料. 2020,39(05)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

不同时间沉积的Zn薄膜低温硫化后的透过光谱

图2是Zn薄膜低温硫化后的紫外-可见光透过率谱图。由图可见,所有Zn薄膜低温硫化后,在400～1100 nm范围的光透过率较高,约为70%。与文献[22]有所不同,在400～700 nm范围,1 min沉积Zn硫化后比3 min沉积Zn硫化后的光透过率要低,其原因很可能是前者得到的ZnS薄膜中硫过量。当Zn沉积时间增加至5 min时,硫化后得到ZnS薄膜,在可见光范围的光透过率明显比前两者都要低,主要原因就是该样品膜厚最大,这与文献[22]报道结果类似。此外,所有ZnS薄膜在340 nm紫外波长附近都有明显的光吸收边,对应于ZnS的特征光吸收边[18,20]。这意味着所有Zn薄膜在硫蒸气中低温硫化后都形成了ZnS晶体,与图1中XRD分析结果完全吻合。从图2中还发现,在不同时间沉积的Zn薄膜硫化后的所有样品中,3 min沉积Zn硫化得到的ZnS薄膜光吸收边最为陡峭,并且该样品与未抽真空相比,前者340 nm附近的光吸收边也同样更加陡峭,表明其薄膜质量和均匀性是最好的。这与图1的分析结果完全一致。图3是3 min沉积的Zn薄膜硫化前后的样品照片。从图3(a)中能够观察到,硫化前,由于是金属薄膜,Zn金属中存在大量的自由电子,电子对光子的强烈吸收导致Zn金属薄膜不透明,样品下面的“ZnS”字符几乎看不到。但Zn薄膜经过低温硫化后,如图3(b)所示,样品下面的“ZnS”字符清晰可见,这也显示出3 min沉积的Zn薄膜于低温硫化后,在可见光范围的透明性很好。图2 不同时间沉积的Zn薄膜低温硫化后的透过光谱

图2 不同时间沉积的Zn薄膜低温硫化后的透过光谱根据样品的光透过率和薄膜厚度,可以计算出ZnS薄膜样品的光吸收系数。图4是Zn薄膜在低温硫化后的光吸收系数(αhν)2随光子能量hν的变化关系。通过该图的光吸收系数变化曲线,可以得到1,3,5 min沉积的Zn薄膜抽真空后硫化以及3 min沉积的Zn薄膜未抽真空后硫化样品的光学带隙值分别为3.49,3.57,3.56和3.54 eV,这一结果与以PLD和CBD方法制备的ZnS薄膜材料的光学带隙值相当[10,23]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]不同温度硫化生长ZnS薄膜的性能[J]. 杨光,张仁刚,曹兴忠,张鹏,王宝义.  电子元件与材料. 2020(03)
[2]化学水浴法制备ZnS薄膜的结构与性能[J]. 李仲,黄赛濠,洪瑞江.  中山大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]能量密度和重复频率对PLD法制备ZnS薄膜性质的影响[J]. 李学留,刘丹丹,李琳,马明杰,文亚南,梁齐.  电子元件与材料. 2016(08)
[4]硫化法在金属箔片衬底上制备ZnS薄膜研究[J]. 许佳雄,罗少魁,辛辅炼.  功能材料. 2015(23)



本文编号：3604970