硒化铅薄膜的磁控溅射制备及性能研究

发布时间：2018-06-12 19:15

本文选题：硒化铅薄膜 + 磁控溅射　；参考：《北京科技大学》2016年博士论文

【摘要】：硒化铅(PbSe)薄膜能在室温条件下保持优异的红外光电敏感性和响应率,被广泛用做中红外探测器的光敏核芯,但受制于制备工艺落后及基础理论研究匮乏,国内PbSe红外探测器的性能与国外同类产品相比有较大差距。本论文利用中频磁控溅射技术制胬了一系列PbSe薄膜,并采用理论模拟计算与实际实验相结合的方法研究了PbSe薄膜在单晶硅基体上的生长机制以及镀膜工艺参数、敏化处理、掺杂处理等对PbSe莫层成分、结构、光学及光电性能的影响。取得了如下研究成果：(1)采用第一性原理对PbSe薄膜在Si(100)和Si(111)两种单晶硅基体上的热力学模拟计算结果表明,PbSe薄膜在两种单晶硅基体上的生长机制主要受界面能和应变能变化的控制,其中当界面能变化占主导时,PbSe薄膜沿界面能较低的PbSe[200]取向(或PbSe(200)晶面)生长；而当应变能变化占主导时,PbSe薄膜沿应变能较低的PbSe[220]取向(或PbSe(220)晶面)生长。并且,生长取向的不同会导致PbSe薄膜光学性能的差异：取向为[220]的PbSe薄膜的光学禁带宽度更窄。(2)沉积时间和温度两项溅射镀膜工艺参数对所制PbSe薄膜的成分无影响,但会显著改变其膜层结构：随沉积时间延长,PbSe尊膜的择优生长取向始终为PbSe[200],但膜层晶粒尺寸、晶格常数及微观应变均显著降低,进而导致其光电敏感性升高；随沉积温度升高,PbSe薄膜由非晶态过渡到结晶态,并且当沉积温度高于188℃时,晶体取向由PbSe[220]转变为PbSe[200],其光电敏感性逐渐降低。(3)后期敏化处理可在PbSe薄膜表面生成一层含氧化铅(PbO)和二氧化硒(SeO2)的氧化膜,这可降低膜内载流子的复合速率,从而提高PbSe薄膜的光电敏感性。另外,随敏化温度升高,PbSe膜层内部发生回复(200℃)和再结晶(200℃)过程,使其膜层结构发生显著变化,从而引起膜内平衡载流子浓度线性降低,进而导致其光电敏感性线性增大(4)铟(In)和碲(Te)两种掺杂元素在掺杂量较低(-5 at.%)时,会由于置换作用而导致PbSe膜层的晶粒尺寸、晶格常数及微观应变产生显著变化。并且,In掺杂元素会在PbSe薄膜的禁带内形成深杂质能级,使其光电敏感性显著提升：而Te掺杂元素对PbSe尊膜能带结构的影响相对较弱,PbSeTe薄膜的光电敏感性与纯净PbSe薄膜相近。(5)采用自制PbSe薄膜组装成功了结构简单的红外探测器,其光谱吸收范围和响应度均接近国外同类产品,峰值探测率达到2.92×109cm·Hz1/2·W-1,优于国内和部分国外同类产品。
[Abstract]:The effect of PbSe thin film on the composition , structure , optics and photoelectric properties of PbSe thin film on Si ( 100 ) and Si ( 111 ) is studied by using medium frequency magnetron sputtering . The results show that the growth mechanism of PbSe thin film on single crystal silicon substrate is mainly controlled by interfacial energy and strain energy .
( 2 ) The growth orientation of PbSe thin films is narrower than that of PbSe films . ( 2 ) The growth orientation of PbSe films is narrower than that of PbSe films .
The crystal orientation of PbSe thin film is changed from amorphous to PbSe thin film . The photo sensitivity of PbSe thin film is decreased .
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.33;TB383.2

【参考文献】