窄禁带半导体PbSe薄膜制备及其光电性能研究
发布时间：2021-10-05 02:48
以硒化铅（PbSe）、硫化铅（PbS）、碲化铅（PbTe）为代表的Ⅳ-Ⅵ族化合物（铅盐矿物质材料）是一类典型的窄禁带半导体材料,具有直接带隙的能带结构,其带隙在常温下为0.2eV至0.4eV,适合用于红外光电探测器件的制备。PbSe具有光电性能优异,材料制备简单的优势,使得PbSe在红外探测领域,尤其是中红外（波长范围36μm）波段具有广阔的应用前景。并且,使用SnSe与PbSe合金化形成的PbSnSe合金半导体材料,其带隙宽度随着Sn元素的引入而逐渐降低,从而将可探测的波长范围进一步拓宽至长波红外波段（630μm）。但是如介电常数较大,热膨胀系数大等固有缺点,使得PbSe在光电探测领域的应用受到一定的限制,导致其应用范围远不及其它窄禁带半导体材料体系（HgCdTe合金、Ⅲ-Ⅴ族半导体）。然而作为一种优点与缺点都十分明显的材料体系,通过在器件结构上进行一定的创新,发挥出其性能上的优点,同时规避其性能上的缺点,这又是一个具有研究价值的课题。为此,本论文从PbSe材料本身性质出发,制备了多种基于PbSe的光电探测器件,探索出了具有实用价值的PbS...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PbSe晶体和能带结构示意图
第一章绪论3的Si基读出电路（read-outintegratedcircuit，ROIC）集成。目前，制备PbSe薄膜的主流工艺有化学浴沉积法、溅射沉积、分子束外延等，现分述如下。1.3.1化学浴沉积法这是目前十分成熟的制备PbSe薄膜的方法，常见的反应装置示意图如图1-2所示。化学浴沉积（ChemicalBathDeposition，CBD）的原理是在碱性溶液条件下，使用铅盐和硒脲作为前驱体，通过前驱体的水解反应，在溶液中产生大量的Pb2+和Se2-，当离子积大于溶度积常数时，两者形成PbSe从溶液中析出并沉淀到预先置于反应釜内的衬底上从而实现薄膜的生长。通常使用铅盐Pb（NO3）2以及Pb（CH3COO）2）等作为溶液中Pb2+的来源，使用（NH2）2CSe、Na2SeSO3等向反应体系中提供Se2-。CBD技术的核心是通过控制前驱体水解反应的进行来调节溶液中各离子的浓度，从而最终控制PbSe薄膜沉积速率和成膜质量。在CBD反应进程中需要控制的工艺参数主要为前驱体浓度、pH值和反应温度。CBD工艺优点在于流程简单，工艺成本低，反应易于控制且适合大规模生产。反应温度不会太高（最高约100℃左右），因此许多不能承受高温的柔性衬底材料也能用该方法进行PbSe薄膜的生长[6]。图1-2化学浴沉积法装置示意图美国俄克拉荷马大学的Qiu[7]等人使用醋酸铅、亚硒酸盐和氢氧化钠作为前驱体，在光学玻璃和Si（111）基片上成功沉积出厚约1μm左右的PbSe薄膜。并且在随后的光电响应测试中，使用该工艺制备出的PbSe薄膜光电导器件对入射的红外辐射有明显的响应。中国空空导弹研究院的陈[8]以及中国航空材料研究院的罗[9]等人，使用纯硒与亚硫酸钠反应生成的硒代硫酸钠和醋酸铅作为反应的前驱体，以联胺作为络合剂在玻璃衬底和Si衬底上成功生长出PbSe薄膜。如图1-3所示[8]，X射线?
电子科技大学博士学位论文4图1-3使用化学浴沉积法生长的PbSe薄膜XRD图谱[8]通过使用有机金属离子螯合剂以及引入溶胶-凝胶反应，CBD工艺还能够根据需要很方便的制备出各种PbSe纳米线和PbSe量子点等低维材料。韩国大学的S.J.Oh[10]等人使用醋酸铅、油酸二苯醚溶液、硒化三辛基膦为原料并进行原位热处理后成功制备出PbSe纳米线。使用该PbSe纳米线制备的场效应晶体管具有明显的开关效应以及光电响应性能。1.3.2溅射沉积法溅射沉积法（sputteringdeposition），是一种物理气相沉积法。在真空环境中，通过射频能量或者激光照射等方式，使腔体内的稀薄气体（Ar、O2、N2等）放电形成等离子体，原材料靶中的原子被等离子体中的高能粒子碰撞脱离表面，飞行一段距离之后沉积到衬底的表面从而实现薄膜的连续生长。溅射沉积法能够在较低的温度下制备通常难以蒸发的材料，如陶瓷材料、高熔点合金材料等，同时在溅射过程中能够保持薄膜材料的化学成分与靶材的化学成分相一致。溅射工艺可分为直流溅射、交流溅射、反应溅射和磁控溅射。用于PbSe薄膜沉积的主要是磁控溅射技术。磁控溅射技术是在溅射的过程中引入一个平行于靶材表面的磁常该磁场能将等离子体中的二次电子束缚在特定区域，增强电离效率，提高等离子体中高能带电粒子对靶材表面的轰击作用，从而最终实现提高溅射速率的目的。磁控溅射技术根据等离子体激发电源的不同可以分为直流磁控溅射、中频磁控溅射和射频磁控溅射。使用磁控溅射技术制备的半导体薄膜晶体缺陷多，但是该技术的优点在于
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射PbSe薄膜厚度对其结构及光学特性的影响[J]. 王晓阳,冯文然,周海,姚静,李健. 人工晶体学报. 2014(05)
[2]化学浴沉积PbSe多晶薄膜制备[J]. 陈凤金,司俊杰,张庆军,姚官生. 航空兵器. 2012(03)
[3]化学液相沉积制备PbSe薄膜生长过程及其性能研究[J]. 罗飞,王锦鹏,陶春虎,李志,刘大博. 航空材料学报. 2011(02)
[4]16μm连续波PbSnSe半导体激光器的调谐特性及其在高分辨率光谱中的应用[J]. 王海龙,朱筱春,张位在,曹根娣,陈鹤明. 光学学报. 1986(07)
博士论文
[1]IV-VI族半导体薄膜生长行为及金属/IV-VI族半导体界面性质研究[D]. 吴海飞.浙江大学 2009
本文编号：3418849
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PbSe晶体和能带结构示意图
第一章绪论3的Si基读出电路（read-outintegratedcircuit，ROIC）集成。目前，制备PbSe薄膜的主流工艺有化学浴沉积法、溅射沉积、分子束外延等，现分述如下。1.3.1化学浴沉积法这是目前十分成熟的制备PbSe薄膜的方法，常见的反应装置示意图如图1-2所示。化学浴沉积（ChemicalBathDeposition，CBD）的原理是在碱性溶液条件下，使用铅盐和硒脲作为前驱体，通过前驱体的水解反应，在溶液中产生大量的Pb2+和Se2-，当离子积大于溶度积常数时，两者形成PbSe从溶液中析出并沉淀到预先置于反应釜内的衬底上从而实现薄膜的生长。通常使用铅盐Pb（NO3）2以及Pb（CH3COO）2）等作为溶液中Pb2+的来源，使用（NH2）2CSe、Na2SeSO3等向反应体系中提供Se2-。CBD技术的核心是通过控制前驱体水解反应的进行来调节溶液中各离子的浓度，从而最终控制PbSe薄膜沉积速率和成膜质量。在CBD反应进程中需要控制的工艺参数主要为前驱体浓度、pH值和反应温度。CBD工艺优点在于流程简单，工艺成本低，反应易于控制且适合大规模生产。反应温度不会太高（最高约100℃左右），因此许多不能承受高温的柔性衬底材料也能用该方法进行PbSe薄膜的生长[6]。图1-2化学浴沉积法装置示意图美国俄克拉荷马大学的Qiu[7]等人使用醋酸铅、亚硒酸盐和氢氧化钠作为前驱体，在光学玻璃和Si（111）基片上成功沉积出厚约1μm左右的PbSe薄膜。并且在随后的光电响应测试中，使用该工艺制备出的PbSe薄膜光电导器件对入射的红外辐射有明显的响应。中国空空导弹研究院的陈[8]以及中国航空材料研究院的罗[9]等人，使用纯硒与亚硫酸钠反应生成的硒代硫酸钠和醋酸铅作为反应的前驱体，以联胺作为络合剂在玻璃衬底和Si衬底上成功生长出PbSe薄膜。如图1-3所示[8]，X射线?
电子科技大学博士学位论文4图1-3使用化学浴沉积法生长的PbSe薄膜XRD图谱[8]通过使用有机金属离子螯合剂以及引入溶胶-凝胶反应，CBD工艺还能够根据需要很方便的制备出各种PbSe纳米线和PbSe量子点等低维材料。韩国大学的S.J.Oh[10]等人使用醋酸铅、油酸二苯醚溶液、硒化三辛基膦为原料并进行原位热处理后成功制备出PbSe纳米线。使用该PbSe纳米线制备的场效应晶体管具有明显的开关效应以及光电响应性能。1.3.2溅射沉积法溅射沉积法（sputteringdeposition），是一种物理气相沉积法。在真空环境中，通过射频能量或者激光照射等方式，使腔体内的稀薄气体（Ar、O2、N2等）放电形成等离子体，原材料靶中的原子被等离子体中的高能粒子碰撞脱离表面，飞行一段距离之后沉积到衬底的表面从而实现薄膜的连续生长。溅射沉积法能够在较低的温度下制备通常难以蒸发的材料，如陶瓷材料、高熔点合金材料等，同时在溅射过程中能够保持薄膜材料的化学成分与靶材的化学成分相一致。溅射工艺可分为直流溅射、交流溅射、反应溅射和磁控溅射。用于PbSe薄膜沉积的主要是磁控溅射技术。磁控溅射技术是在溅射的过程中引入一个平行于靶材表面的磁常该磁场能将等离子体中的二次电子束缚在特定区域，增强电离效率，提高等离子体中高能带电粒子对靶材表面的轰击作用，从而最终实现提高溅射速率的目的。磁控溅射技术根据等离子体激发电源的不同可以分为直流磁控溅射、中频磁控溅射和射频磁控溅射。使用磁控溅射技术制备的半导体薄膜晶体缺陷多，但是该技术的优点在于
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射PbSe薄膜厚度对其结构及光学特性的影响[J]. 王晓阳,冯文然,周海,姚静,李健. 人工晶体学报. 2014(05)
[2]化学浴沉积PbSe多晶薄膜制备[J]. 陈凤金,司俊杰,张庆军,姚官生. 航空兵器. 2012(03)
[3]化学液相沉积制备PbSe薄膜生长过程及其性能研究[J]. 罗飞,王锦鹏,陶春虎,李志,刘大博. 航空材料学报. 2011(02)
[4]16μm连续波PbSnSe半导体激光器的调谐特性及其在高分辨率光谱中的应用[J]. 王海龙,朱筱春,张位在,曹根娣,陈鹤明. 光学学报. 1986(07)
博士论文
[1]IV-VI族半导体薄膜生长行为及金属/IV-VI族半导体界面性质研究[D]. 吴海飞.浙江大学 2009
本文编号：3418849
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