【摘要】：在科學(xué)發(fā)展的歷史上,物理學(xué)家在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)界面發(fā)現(xiàn)了許多新奇、重要的物理現(xiàn)象。Ⅳ-Ⅵ族碲化物半導(dǎo)體(PbTe、PbSe和SnTe等)有著光電轉(zhuǎn)換效率高、窄帶隙帶邊躍遷發(fā)光、熱導(dǎo)率低和賽貝克系數(shù)較大等優(yōu)點,在中紅外光電子和熱電器件中有著重要的應(yīng)用,備受國內(nèi)外研究團隊關(guān)注。本文的工作主要是研究了 Ⅳ-Ⅵ族半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)及其基本性質(zhì)。取得的創(chuàng)新結(jié)果如下(1)采用半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)緩沖層CdTe/ZnTe,在GaAs(211)襯底上分子束外延生長了 PbTe薄膜。外延PbTe的晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)特性表征表明該襯底上生長PbTe在250℃附近有一個狹窄的生長窗口。原位RHEED觀察到生長模式從2D到3D的轉(zhuǎn)變,這與原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡表征的結(jié)果一致。高分辨率X射線衍射顯示PbTe晶體的生長從GaAs的[211]襯底取向變?yōu)榱薣531]方向。通過拉曼散射觀察到與PbTe相關(guān)的多個聲子模式,用光致發(fā)光譜觀察到峰值位于3.5 μm的PbTe的中紅外發(fā)光。通過霍爾測試得到PbTe外延層的載流子濃度約為5 × 1017 cm-3,室溫下的電子遷移率為675 cm2/Vs,2 K時的遷移率為4300cm2/V.s。在帶有CdTe/ZnTe緩沖層的GaAs(211)襯底上生長的PbTe在光電子學(xué)和熱電學(xué)領(lǐng)域中可能具有應(yīng)用前景。(2)采用X射線光電子能譜(XPS)研究了由分子束外延生長的SnTe和PbTe形成的異質(zhì)結(jié)界面的能帶結(jié)構(gòu),通過分析測量數(shù)據(jù)和影響其能帶排列的因素得到了異質(zhì)結(jié)界面的帶階。合理選取了遠離價帶頂?shù)男灸芗?并利用Pb和Sn的多個芯能級來共同確定異質(zhì)結(jié)的價帶帶階 XPS的結(jié)果顯示該能帶結(jié)構(gòu)是Ⅲ型能帶結(jié)構(gòu),價帶帶階為1.37±0.18eV,導(dǎo)帶帶階為1.23±0.18eV 其結(jié)果有助于理解PbTe/SnTe異質(zhì)結(jié)界面的載流子輸運和能量傳遞,有益于PbTe/SnTe異質(zhì)結(jié)在新型光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。(3)采用分子束外延生長了CdTe/SnTe異質(zhì)結(jié),通過XPS測量和Kraut方法確定了CdTe/SnTe(111)異質(zhì)結(jié)界面的能帶結(jié)構(gòu),并采用改變CdTe/SnTe異質(zhì)結(jié)頂層CdTe厚度確定異質(zhì)結(jié)兩種材料價帶邊位置的方法對價帶帶階進行了進一步驗證,發(fā)現(xiàn)兩個測量結(jié)果相一致。XPS的結(jié)果顯示該能帶結(jié)構(gòu)是太陽能電池理想的Ⅰ型能帶結(jié)構(gòu),價帶帶階為1.33±0.18eV,導(dǎo)帶帶階為0.09±0.18eV。CdTe/SnTe異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)的實驗確定可有助于改進CdTe薄膜太陽能電池的光伏性能和并有利于其他涉及CdTe/SnTe異質(zhì)結(jié)器件的設(shè)計和制造。此外,將SnTe結(jié)合到CdTe薄膜太陽能電池的背接觸緩沖層中,與不含SnTe緩沖層的電池結(jié)構(gòu)進行了對比,驗證了 SnTe用作太陽能電池背接觸的可行性,且在具有更高電池穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,SnTe緩沖層電池的性能與傳統(tǒng)CuxTe緩沖層電池性能相接近,并具有進一步的提升空間。
【圖文】：

圖１．１邋ＩＶ－ＶＩ族半導(dǎo)體的面心立方結(jié)構(gòu)示意圖逡逑表１．１常見ＩＶ－ＶＩ族半導(dǎo)體的物理參數(shù)逡逑

圖１１逡逑ｌ．３邋ＩＶ－ＶＩ
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN304

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本文編號：2619133