碘化亞銅（CuI）是一種p型直接寬帶隙無機(jī)半導(dǎo)體材料,禁帶寬度～3.1eV,具有很大的激子束縛能（62meV）,較高的載流子濃度和空穴遷移率,而且CuI儲量豐富、價(jià)格便宜、無毒無污染,在可見光波段具有很高的透過率,成為短波長光電器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而要利用其制備高性能光電子器件,則需要高質(zhì)量的CuI薄膜。雖然制備CuI薄膜的方法眾多,但薄膜質(zhì)量普遍較低。本文利用真空熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù),經(jīng)過優(yōu)化生長工藝,制備出結(jié)晶質(zhì)量較高的CuI薄膜,研究了其光電特性研究,并與超高真空脈沖激光沉積技術(shù)（PLD）制備的ZnO薄膜和高壓PLD技術(shù)制備的ZnO納米線陣列以及水熱合成法制備的高質(zhì)量TiO₂納米棒分別構(gòu)造了p-CuI/n-ZnO薄膜異質(zhì)結(jié)、p-CuI/n-Zn O納米線異質(zhì)結(jié)以及p-CuI/n-TiO₂納米棒異質(zhì)紫外探測器件,并分別研究了三種探測器的光電特性。本文主要進(jìn)行了如下研究:1.利用高真空熱蒸發(fā)技術(shù)制備CuI薄膜并優(yōu)化制備工藝。研究了CuI薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性。XRD測試結(jié)果顯示,CuI薄膜為具有高度（111）晶相擇優(yōu)生長的多晶γ-CuI,并且... 

【文章來源】：魯東大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

碘化亞銅的三種晶體結(jié)構(gòu)示意圖(紫色為I，黃色為Cu)

魯東大學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1.2室溫下γ-CuI的能帶結(jié)構(gòu)[6]由于γ-CuI的帶隙較寬，不吸收400-1000nm的波段光子能量，所以在此波段內(nèi)γ-CuI是透明的，其可見光透過率一般在60%左右，極少能達(dá)到90%以上。主要是因?yàn)樯L的γ-CuI結(jié)晶質(zhì)量不夠好，在薄膜表面存在大量的折射和反射。另外，γ-CuI具有很高的激子束縛能（62meV）[52]，所以激子會(huì)在直接帶隙處吸收光子能量，產(chǎn)生410nm左右的光致發(fā)光峰。2004年，上海同濟(jì)大學(xué)的顧牧教授報(bào)道，銅空位缺陷（VCu），碘空位缺陷（VI），碘間隙缺陷（Ii）和銅間隙缺陷（Cui）是CuI禁帶中會(huì)存在的四種主要缺陷[47]。2013年，德國萊比錫大學(xué)的MariusGrundmann報(bào)道了CuI晶體中不同缺陷的生成焓（ΔH）和單粒子躍遷能級（ε）的數(shù)值[6]，如下表1.1所示。表1.1γ-CuI的本征缺陷生成焓和躍遷能級[6]缺陷類型生成焓ΔH（eV）躍遷能級ε（eV）銅空位缺陷（VCu）0.620.086碘空位缺陷（VI）3.680.62碘間隙缺陷（Ii）2.970.085銅間隙缺陷（Cui）2.350.036由表1.1可以看出，在γ-CuI的本征缺陷生成焓中，形成銅空位缺陷（VCu）能量最低，所以銅空位本征缺陷最容易產(chǎn)生，使γ-CuI表現(xiàn)出p型半導(dǎo)體特性[53]。1.1.3CuI的制備方法截至目前，已經(jīng)有多種技術(shù)用于制備CuI。制備技術(shù)主要分為化學(xué)法和物理法，其中化學(xué)方法包括銅膜碘化法[28-33]（碘蒸氣碘化和碘溶液碘化等方法）、連續(xù)離子吸附法[39-40]（SILAR）、化學(xué)浴沉積法[54]（CBD）、電化學(xué)沉積法[55]（ECD）和水熱合成法[30,56]等；物理方法則主要有脈沖激光沉積法[34-35]、濺射法[41]、真空熱蒸發(fā)技術(shù)[24,36-38]等。

真空熱蒸發(fā)制備CuI薄膜及異質(zhì)結(jié)探測器研究4(1)銅膜碘化法銅膜碘化法主要分為兩個(gè)過程：首先是制備銅膜，然后利用碘蒸汽與銅膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成CuI。一般采用電子束蒸發(fā)技術(shù)和真空熱蒸發(fā)法制備銅膜，之后將銅膜與碘單質(zhì)置于密閉容器中，通過加熱使碘升華與銅膜發(fā)生如下反應(yīng)，生成CuI薄膜。22Cu+I2CuI············································(1-1)該方法操作簡單，對實(shí)驗(yàn)條件要求較低。但利用該方法生長的CuI薄膜表面粗糙度普遍較高，光電性能較差。2013年，德國萊比錫大學(xué)的MariusGrundmann小組利用此方法制備出的導(dǎo)電性很好的γ-CuI薄膜[28]，如圖1.3（a）所示，其電阻率為0.2Ωcm，載流子濃度為5×1018cm-3，霍爾遷移率為6cm2V-1s-1，但是其粗糙度高達(dá)81nm，致使500nm厚CuI薄膜的透過率僅為49%（400nm-800nm）。2016年，魯東大學(xué)的林國琛等人用同樣方法制備了γ-CuI薄膜，他們測得γ-CuI薄膜的透過率達(dá)到60%以上[29]，如圖1.3（b）所示。圖1.3(a)銅膜碘化法流程示意圖[28]；(b)CuI薄膜(80nm銅膜)的透過光譜[29](2)脈沖激光沉積法（PLD）PLD技術(shù)是將高能脈沖激光聚焦在靶表面，轟擊靶材，形成高溫高壓的等離子體，經(jīng)絕熱膨脹，在襯底上沉積成膜。2002年，日本的P.M.Sirimanne等人采用脈沖激光沉積技術(shù)成功制備了γ-CuI薄膜，在400nm-900nm波段的透過率超過80%，最小電阻率僅為2KΩcm[35]，如圖1.4（a）所示。但是，武漢科技大學(xué)利用此種方法在不同的激光能量下制備的γ-CuI薄膜發(fā)現(xiàn)含有少量I2O5[34]，如圖1.4（b）所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3418154