【摘要】：Te薄膜是一種VI族窄帶隙元素半導(dǎo)體材料,晶格缺陷作為受主使其表現(xiàn)出P型導(dǎo)電性。Te位于Se和Po之間,具有半金屬性,使其表現(xiàn)出多價性,因此具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。由于具有高導(dǎo)電性,良好的機械性能,使得Te薄膜具有一系列優(yōu)異的性能,如熱電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、非線性光響應(yīng)、催化活性以及光電效應(yīng)等,可廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,特別是微電子、光電子設(shè)備領(lǐng)域,如氣體傳感器、紅外探測器和光存儲等。Te薄膜有多種制備方法,例如:分子束外延法、脈沖激光沉積法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)合成法和熱蒸發(fā)法等,目前尚未見到利用磁控濺射技術(shù)制備Te薄膜的報道,磁控濺射技術(shù)具有以下優(yōu)點:可控性和重復(fù)性好,與襯底附著性好,成膜面積大,可用于大規(guī)模生產(chǎn),被廣泛應(yīng)用到生長各種薄膜。但是傳統(tǒng)的磁控濺射技術(shù)也有一些缺點,濺射過程中,等離子體中的高能二次電子會對不耐轟擊的襯底或者是對襯底上已經(jīng)沉積的不耐轟擊膜層產(chǎn)生濺射損傷,導(dǎo)致薄膜層出現(xiàn)各種缺陷,對薄膜性能產(chǎn)生不利影響。此外,由于磁控濺射靶材刻蝕不均勻也會造成薄膜的生長不均勻進而影響薄膜性能。針對這些問題,本課題組對傳統(tǒng)的磁控濺射技術(shù)進行了改進,改進后的技術(shù)稱為“能量過濾磁控濺射”(Energy Filtering Magnetron Sputtering,EFMS)技術(shù)。本文利用EFMS技術(shù)制備了系列Te薄膜,研究了溫度和壓強對薄膜結(jié)晶、光學(xué)、電學(xué)影響并對Te/Si異質(zhì)結(jié)光電探測器性能進行了研究。此外我們還利用COMSOL Multiphysics軟件模擬了EFMS技術(shù)過濾電極對沉積粒子的能量和運動方向的影響。具體研究內(nèi)容包括:(1)利用EFMS技術(shù)在石英襯底上制備Te薄膜,采用控制變量法研究了沉積溫度和沉積壓強等工藝條件對Te薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、電學(xué)性能以及光學(xué)性能的影響。分別用XRD、Raman、SEM、霍爾測試儀、橢圓偏振光譜儀和UV/VIS/NIR分光光度計進行表征。結(jié)果表明,制備工藝對Te薄膜的結(jié)晶,光學(xué)性能以及電學(xué)性能都有影響。(a)在100℃時薄膜結(jié)晶較好,表面顆粒顆粒相對較大且比較均勻,并且此時載流子濃度較高。在200℃時,薄膜表面由顆粒狀變?yōu)榻诲e分布的棒狀結(jié)構(gòu),此時Te薄膜的消光系數(shù)最小,透過率較高,折射率最低。(b)壓強系列中在0.75 Pa時薄膜結(jié)晶較好,從SEM圖中可知,此時薄膜顆粒大小不均勻且有團簇現(xiàn)象,在1.0 Pa時薄膜顆粒大小相對均勻。0.75 Pa時薄膜透過率相對較高,在1.5 Pa時薄膜的折射率最低。(2)利用EFMS技術(shù)在Si襯底上制備了Te薄膜,同樣采用控制變量法研究了沉積溫度和沉積壓強等制備工藝對Te薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、光電性能的影響。分別用XRD、SEM、Raman進行表征。結(jié)果表明,襯底影響薄膜的結(jié)晶取向且溫度和壓強對薄膜結(jié)晶質(zhì)量有較大的影響,100℃所制備的薄膜質(zhì)量較好,溫度不變時壓強為1.0 Pa時薄膜質(zhì)量較好。通過EFMS技術(shù)合成高質(zhì)量的Te薄膜,采用原位工藝法制備出Te/Si異質(zhì)結(jié)器件,研究了所制備器件的光電特性,結(jié)果顯示Te/Si異質(zhì)結(jié)光電探測器對405 nm-1300 nm的波長范圍的光具有較高的靈敏度。(3)在本課題組研究成果的基礎(chǔ)上利用COMSOL Multiphysics軟件對沉積腔室電磁場分布進行模擬仿真,模擬了沉積腔室內(nèi)沉積粒子的能量和以及各種粒子在沉積腔室內(nèi)的分布情況,我們知道電子主要分布在襯底附近,離子主要集中在靶材附近,此外我們還模擬了電壓對等離子體的直流放電粒子能量和粒子分布的影響,電壓越高,電子所獲得的能量越大,較高的電壓下激發(fā)的氬質(zhì)量分數(shù)較大,但在較低的電壓下,氬離子數(shù)密度較高。
【圖文】：

1 緒論如圖 1.1 所示為Te的三維晶體結(jié)構(gòu)[15]，其結(jié)構(gòu)為六邊形結(jié)構(gòu)，空間群為P3121）[17-18]。Te具有獨特的手性鏈晶格，其中Te原子呈螺旋狀排列，同一上的相鄰原子旋轉(zhuǎn) 120°，且每個Te原子與相鄰最近的兩個Te原子通過共價合。螺旋鏈沿c軸方向彼此平行排列，六邊形晶格是通過在六邊形的中心位邊緣的六個角放置一個螺旋鏈來實現(xiàn)的，螺旋Te鏈是由微弱的范德華力連接1.2 Te 的晶體結(jié)構(gòu)

和邊緣的六個角放置一個螺旋鏈來實現(xiàn)的，螺旋Te鏈是由微弱的范德華力連接在圖 1.1 Te 的晶體結(jié)構(gòu)。（a）晶體的螺旋鏈排列在一個六角形晶體結(jié)構(gòu)和（b）沿 c 軸視圖，表明三角形螺旋鏈相鄰原子具有 120°的角度。一起的。其中晶格常數(shù)大小為a = b = 4.33 ，c = 6.05 。此外，Te的單層膜有三種結(jié)構(gòu)[16]，分別為ɑ-Te，β-Te，γ-Te[16]，這三種結(jié)構(gòu)可以類比MoS2的晶體結(jié)構(gòu)，如圖 1.2 所示為α-Te，β-Te，，γ-Te的晶體結(jié)構(gòu)，由圖可以看出，α-Te具有 1T-MoS2樣的結(jié)構(gòu)，每個晶胞中含有三個Te原子，存在兩種不同配位數(shù)（nc）的Te原子，
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN304;TB383.1

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