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真空气相沉积制备碲化镉薄膜的电学和光学特性
发布时间:2017-09-11 浏览:2681 次

  CdTe属一V族化合物半导体其结构与Si、Ge有相似之处,即其晶体主要靠共价键结合,但又有一定的离子性,与同一周期的W族半导体相比,CdTe的结合强度很大。因此,在常温下,CdTe半导体的导电性主要由掺杂决定。同时薄膜的组分、结构和热处理工艺对CdTe薄膜的电阻率和导电类型也有很大影响。

  CdTe具有直接带隙结构。对于波长小于吸收限的光,CdTe膜有很高的光吸收系数,只要薄膜厚度达到识m左右,足以吸收hu>1. 45eV的大部分阳光,从而降低了对材料扩散长度的要求。在薄膜沉积过程中,沉积参数对热蒸发法获得的CdTe薄膜的光吸收特性有影响,对于不同厚度的CdTe膜吸收系数随吸收限和吸收限附近入射光子能量而变化实验13表明膜越薄,吸收系数越高。

  本工作采用真空气相沉积的方法,在真空室中用钼舟加热,同时蒸发Cd+Te材料,形成CdTe薄膜。为改善其性能,在材料中掺杂In并在氮气中对薄膜进行热处理。对热处理前后的薄膜进行测试和分析,研究其电学和光学性能。实验表明,CdTe薄膜的电学和光学特性主要受材料的元素组分比,各组分的均匀性、结晶程度、晶格结构及晶界的影响。因此对CdTe薄膜的电学和光学特性研究对制备光伏性能良好的薄膜是十分重要的。

  1实验1沉积CdTe薄膜在真空室中用真空气相沉积方法,原材料为高纯度的Cd+Te材料,用钼舟加热,在玻璃衬底上沉积CdTe薄膜。在沉积过程中进行掺杂,按比例在材料中加入In并对膜厚进行测控。

  1.2CdTe薄膜的热处理热处理CdTe薄膜时,用氮气作保护气体,气体流量约为900mL/min.对未掺杂的CdTe薄膜分别2结果与讨论1CdTe薄膜的电学特性用四探针法测试薄膜的电阻率。未掺杂In的CdTe薄膜无论配比如何,其电阻率都很高,证实了未掺杂In的CdTe材料是典型的高电阻率半导体。为不同的热处理条件对CdTe薄膜电阻率的影响。从a可以发现在50C热处理7min时,薄膜电阻率最小,大于或小于7min时,电阻率都高。由b在相同的热处理时间(7min)内,热处理温度超过50C后,随着温度的升高,电阻率越基金项目:国家自然科学基金资助项目(6956001)不同热处理时间温度条件对CdTe薄膜电阻率的影响是热处理温度T=5QC的条件下,对CdTe薄膜热处理7min,热处理前后薄膜电阻率的变化情况。从可以发现,当Cd:Te=0.6:1的1716和15样品热处理后电阻率下降较快。沉积时间为3min制备的16样品,热处理后电阻率下降热处理前不同CdTe薄膜光吸收响应曲线当热处理时间过长时,由于Te蒸发,薄膜中Te含量下降,薄膜组分与化学计量比偏移较大,故薄膜电阻率又增大。另外,当热处理温度较高时,由于衬底与CdTe之间热膨胀系数不同,在膜内产生晶体缺陷,这对薄膜的结构和特性也会有显著的影响,使CdTe薄膜电阻率上升。

  3(1、351、401进行热处理,测试结果表明薄膜经热处理后,电阻率仍很大。可见纯CdTe是高电阻率半导体材料。

  用冷热探针法测试样品的导电类型,结果表明样品均为P型,只是热处理后P型较强。

  2.2CdTe薄膜的光学特性晶4粒逐渐晋n晶界效应减起自由载流费lishings-34QQ型分光光度计测量1薄膜的透射率谱太阳能学报23卷理后的公价4薄膜禁遵宽度约为▲Yeci.cXblishing反射率谱和玻璃衬底的透射率谱,利用计算机计算出CdTe膜的吸收率谱。给出了未经热处理的CdTe薄膜的光学吸收谱。

  由可见,不同的薄膜样品,其吸收曲线不同,这是由于在薄膜沉积过程中,沉积参数对热蒸发方法获得的CdTe薄膜的光吸收有影响,薄膜在4580A附近吸收最强,长波部分吸收较弱。为热处理时间t=7min,不同的热处理温度与薄膜吸收率关系(样品Cd 6:1,未掺In)。由可见,热处理温度高则吸收性好,但升温到350C,则吸收又迅速减小。

  这是由于热处理使薄膜晶粒长大,结构趋于完整,从而有利于膜的光吸收。当热处理温度高于350C时,造成Te蒸发,薄膜富Cd化学计量比偏离增大,缺陷增加,严重影响光吸收特性。

  可见,在不同的热处理温度下,薄膜吸收最强处仍发生在X=458A附近,然后依次减弱。为热处理温度T=5C不同热处理时间的CdTe薄膜的光吸收谱(6系样品Cd 50%)由可见热处理时间增长,则吸收性好,这是由于热处理使薄膜内晶粒长大,结构趋于完整,从而有利于膜的光吸收。

  由于CdTe是直接带隙半导体,满足直接带间跃迁,吸收系数a和光子能量hu满足下列关系的报道基本一致,可见由于掺杂In不但提高了CdTe半导体的导电性,而且改善了其光学性质。

  3结论纯CdTe薄膜电阻率很大,是高电阻率半导体化合物。掺杂In可以降低薄膜的电阻率,薄膜经热处理后电阻率进一步降低。

  适当的热处理条件能改善薄膜的电学、光学性质。

  掺杂In的CdTe膜有较高的光吸收系数,本实验所制备的薄膜约为41X14cm,光学性质优于未掺杂In的薄膜。

  热处理前的CdTe薄膜在室温下的禁带宽度约为1.46eV,热处理后的CdTe薄膜禁带宽度约为1.40~1.44eV.季秉厚等。

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