發(fā)布時(shí)間：2020-10-17 21:03

　　 半導(dǎo)體材料/器件的帶邊電子結(jié)構(gòu)、特別是與缺陷相關(guān)的雜質(zhì)能級(jí)結(jié)構(gòu)是決定器件光電性能的關(guān)鍵物理參數(shù)�；诟道锶~變換紅外(FTIR)光譜儀的透射/吸收譜、反射譜、光致發(fā)光(PL)譜和光電流(PC)譜具有非破壞性,是研究半導(dǎo)體材料電子能帶結(jié)構(gòu)的常用表征方法,它們各具特色且又互為補(bǔ)充或互相印證。本文利用上述光譜方法對(duì)用于研制紅外探測器的摻雜碲鎘汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)和用于太陽能電池吸收層的銅鋅錫硫Cu_2ZnSnS_4(CZTS)等兩類材料體系的光學(xué)帶隙及其雜質(zhì)/缺陷進(jìn)行了系統(tǒng)研究和分析。主要研究結(jié)果如下:1.碲鎘汞材料:對(duì)兩組P型導(dǎo)電的碲鎘汞材料,分別是本征汞空位摻雜液相外延(LPE)和非本征砷/As元素?fù)诫s分子束外延(MBE)的碲鎘汞薄膜進(jìn)行了吸收/透射譜和PL譜測試,研究了光學(xué)帶隙隨溫度變化的依賴關(guān)系。通過對(duì)比分析吸收邊確定的禁帶寬度Eg與PL譜確定的禁帶寬度Eg~(PL),發(fā)現(xiàn)存在明顯的斯托克斯Stokes位移、且其符號(hào)隨溫度升高由正變負(fù)的現(xiàn)象。結(jié)合材料制備和關(guān)鍵物理參數(shù)模型,數(shù)值計(jì)算了材料體系的費(fèi)米能級(jí)E_F與溫度的演化關(guān)系,理論結(jié)果驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、且可用于預(yù)測材料體系的吸收邊發(fā)生非線性移動(dòng)的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn),對(duì)相關(guān)光電器件設(shè)計(jì)和研制具有一定的實(shí)際意義。研究結(jié)果還表明,用吸收譜和PL譜表征碲鎘汞光學(xué)參數(shù)時(shí):i)在極低溫(如10 K以下)下,吸收譜獲得的碲鎘汞光學(xué)帶隙Eg值比較可靠;ii)在高溫(如77 K以上)下,PL譜測定的Eg值更接近實(shí)際值;iii)數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果獲得的Stokes位移隨溫度的演變規(guī)律,與PL譜一樣可用于估算碲鎘汞樣品中淺雜質(zhì)能級(jí)位置。2.銅鋅錫硫材料:禁帶寬度Eg是半導(dǎo)體材料的重要物理參數(shù),精確測定它對(duì)研制高效光電器件、如太陽能電池等具有重要意義。利用變條件反射譜、透射譜、PC譜和PL譜,對(duì)基于鈉鈣玻璃為襯底、利用射頻磁控濺射法制備的CZTS光伏電池進(jìn)行了光學(xué)帶隙和雜質(zhì)態(tài)的分析和研究。在變溫度、變激發(fā)功率以及變外加偏壓等外擾條件下,四種光學(xué)表征手段獲得了:i)室溫下,基于反射譜獲得的CZTS薄膜和器件的禁帶寬度分別是1.29eV、1.33 eV;4 K到300 K,透射譜測得的CZTS薄膜禁帶寬度穩(wěn)定在1.34 eV;對(duì)于CZTS器件,4 K到300 K,PL譜測得的對(duì)應(yīng)帶尾態(tài)到雜質(zhì)能級(jí)躍遷能量是1.13 eV到1.16 eV;對(duì)于CZTS器件,零偏壓下,4 K到300 K,PC譜測得的禁帶寬度從1.392 eV下降到1.370 eV。這表明,運(yùn)用不同的光譜方法測定的禁帶寬度Eg值存在略微差別,主要是由于不同的光譜方法與CZTS樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的物理作用;ii)借助變偏壓下的PC譜手段,研究了CZTS光伏器件的禁帶寬度(一階導(dǎo))隨溫度、輻照光強(qiáng)等的變化,發(fā)現(xiàn)了偏壓調(diào)控CZTS器件光學(xué)帶隙的規(guī)律,為研究CZTS器件結(jié)區(qū)附近的非平衡載流子復(fù)合機(jī)制提供了新的思路和解釋。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN304
【部分圖文】：

圖 2.1 從左到右依次是 Bruker 80V 傅里葉變換紅外光譜儀、Innova 300C 系列氬離子激光器、Sumitomo(HC-4E2) 低溫恒溫器.2.2 基于 FTIR 光譜表征方法

圖 3.4 摻雜 Hg1-xCdxTe（x=0.3）的費(fèi)米能級(jí) EF依賴溫度的關(guān)系圖，公式（3.9）計(jì)算的溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖中標(biāo)示的 Ti(i=a-e)；NA、ND分別是受主、施主的摻雜濃度；從縱坐標(biāo) 0 meV 下彎的虛線代表(Ec+Ev)/2，橫坐標(biāo)的溫度設(shè)置為對(duì)數(shù)刻度.
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 越方禹;陳璐;李亞巍;胡志高;孫琳;楊平雄;褚君浩;;Influence of annealing conditions on impurity species in arsenic-doped HgCdTe grown by molecular beam epitaxy[J];Chinese Physics B;2010年11期

本文編號(hào)：2845317