采用磁控濺射方法在玻璃襯底上室溫下沉積了Zn薄膜,接著將薄膜在硫蒸氣和氬氣氛中于200℃預(yù)熱1 h,然后升溫至250～500℃退火1 h。以XRD、SEM、EDS和紫外可見分光光度計(jì)對薄膜進(jìn)行表征,并結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果研究了Zn薄膜硫化生長機(jī)理。Zn轉(zhuǎn)變?yōu)閆nS的過程包括硫化反應(yīng)以及S原子和Zn原子的擴(kuò)散。研究還表明:第一步的200℃預(yù)熱可在Zn薄膜表面形成ZnS,隨后第二步退火的硫化溫度對硫化薄膜光透過率、S/Zn摩爾比和結(jié)晶性都有明顯影響;在大于或等于300℃的硫化溫度下制備的ZnS薄膜在400～1100 nm范圍光透過率高達(dá)約80%,帶隙為3.54～3.60 eV,晶體結(jié)構(gòu)為六方。

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【部分圖文】：

圖2200℃預(yù)熱后的Zn薄膜樣品經(jīng)不同溫度硫化后

此外,在硫化反應(yīng)中,Zn蒸發(fā)損失也是不可忽視的問題。根據(jù)蘭氏手冊中物質(zhì)蒸氣壓方程[15],同樣計(jì)算得到固態(tài)Zn在250℃時(shí),其蒸氣壓約0.01Pa,因此在200℃預(yù)熱時(shí),Zn蒸發(fā)基本可以忽略;而當(dāng)溫度升高到400℃時(shí),Zn蒸氣壓則明顯增加,增加了約1000倍,因?yàn)榇藭r(shí)溫度....

圖3200℃預(yù)熱后再經(jīng)不同硫化溫度制備的ZnS

半導(dǎo)體材料的帶隙值是很重要的物理參數(shù)。根據(jù)紫外-可見光透過率數(shù)據(jù),可以計(jì)算得出,硫化制備的ZnS薄膜的光吸收系數(shù)(αhν)2隨光子能量hν的變化關(guān)系,如圖3所示。通過該圖可以得到200℃預(yù)熱后于300,350,400,440和500℃硫化生長的ZnS薄膜光學(xué)帶隙分別為3.55....

圖4200℃預(yù)熱后的Zn薄膜于不同溫度硫化后的S/Zn摩爾比

此外,根據(jù)EDS測試結(jié)果,可以得出硫化薄膜樣品的S/Zn摩爾比。圖4是先后于200℃預(yù)熱和不同溫度硫化后薄膜的S/Zn摩爾比變化關(guān)系圖。從圖4可以觀察到,隨著溫度的升高,S/Zn摩爾比增加。在200℃預(yù)熱后,薄膜S/Zn摩爾比為0.33。當(dāng)Zn薄膜在200℃預(yù)熱,然后于25....

圖5200℃預(yù)熱后再經(jīng)不同溫度硫化制備的ZnS

圖6是Zn薄膜在200℃預(yù)熱,然后于400～500℃硫化后的SEM圖。從圖6中可見,于400℃硫化后得到的ZnS薄膜致密,晶粒細(xì)小,且該ZnS薄膜有些不均勻。當(dāng)硫化溫度增加到440℃時(shí),晶粒尺寸有了一定的增加。而當(dāng)硫化溫度進(jìn)一步增加至500℃時(shí),ZnS薄膜晶粒尺寸又有所....

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