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硫化镉光电薄膜的制备及表征

作　者: 马丽敏
导　师: 崔海宁
学　校: 吉林大学
专　业: 光学
关键词: CdS薄膜化学水浴沉积法真空蒸发法 CdS/Cu2S双层膜光电特性
分类号: O484
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

硫化镉(CdS)是优良的半导体光电材料,在太阳能电池、光电子器件、光催化材料和非线性光学器件上有着广阔的应用前景。特别是关于大尺度的CdS薄膜制备及应用,完成该方面的研究工作,将会促进光电技术及其应用的发展。本文比较详细的介绍了不同空间维度的CdS材料的研究现状、制备方法及应用前景等。理论部分：首先,介绍了化学水浴沉积法制备CdS薄膜的生长机理。其次,介绍了真空蒸发法制备CdS薄膜的实验设备、操作流程、成膜原理及表征CdS薄膜的检测手段。实验部分：首先,介绍了化学水浴沉积法制备CdS薄膜。在CBD法沉积CdS薄膜的实验中,发现CdS薄膜的生长受到多种因素的影响如：反应溶液的初始浓度、沉积时间、沉积温度、超声震荡和溶液搅拌速度等。这些因素中决定CdS薄膜厚度的主要是反应溶液的初始浓度及沉积温度。而且,后期的退火处理对CdS薄膜的结构、形貌、透射率也有很大影响。经过分组对比实验并且用XRD谱、SEM图、Raman谱、透射谱、荧光光谱等表征CdS薄膜而得出制备质量优异的CdS薄膜的最佳条件为：CdCl2的浓度范围选取为0.01～0.02mol/L,NH4Cl的浓度范围选取为0.02～0.04mol/L, SC(NH2)2的浓度范围选取为0.01-0.015mol/L, pH值范围选取为10-11,反应温度控制在85-90℃,沉积时间为20-30min,退火温度为400℃。且适当的超声震荡可使薄膜缺陷减少、厚度均匀和透射率提高等。在以上条件下,制备出大面积(20cm×20cm)的CdS薄膜,并测试了光导电特性。其次,介绍了真空蒸发法制备CdS薄膜。经一系列实验并且用透射谱、XRD谱、SEM图等表征手段研究蒸发电流、沉积时间、退火处理等制备参数对CdS薄膜的透射率、结构和表面形貌的影响。当其他条件不变时,在蒸发电流小于100A的情况下,CdS薄膜沉积速率随着蒸发电流的增加而变快,同时薄膜的结晶性变好；当其他条件不变时,沉积时间在16min以内与CdS薄膜厚度的增长几乎是线性的；后期的退火处理,会使CdS粒子具有一定的能量,可以在一定范围内运动,随着退火处理温度的增加,粒子获得的动能更多,可移动的范围更大,能形成更大的粒子团,而且更加均匀,结晶性越好,400℃退火后的CdS薄膜结构、导电性及光学特性最佳。最后得到CdS薄膜的最佳制备条件为：蒸发电流：100A,退火温度：400℃,沉积时间：15min。最后,用提拉法制备CdS/Cu2S双层膜。分别用化学水浴沉积法和真空蒸发法制备出的CdS薄膜浸渍到CuCl的溶液中,然后用提拉法制备出CdS/Cu2S双层膜。由真空蒸发法的CdS薄膜而制备的CdS/Cu2S双层膜的亮电阻及膜的均匀性等都优于由CBD法的CdS薄膜而制备的CdS/Cu2S双层膜。实验过程中发现,在未经退火处理的CdS薄膜上沉积Cu2S时,易脱落,退火处理高于500℃时,双层膜缺陷多。经测试CdS/Cu2S双层膜的光导电性优于CdS单层膜的。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-13
第1章绪论  13-21
  1.1 前言  13
  1.2 CdS的基本性质  13-14
  1.3 各种形态的CdS制备及研究现状  14-17
    1.3.1 零维CdS制备及研究现状  15
    1.3.2 一维CdS制备及研究现状  15-16
    1.3.3 二维CdS制备及研究现状  16-17
  1.4 CdS的应用前景  17-20
    1.4.1 光伏n型窗口材料  17-18
    1.4.2 光敏电阻器件  18-19
    1.4.3 光电化学制氢材料  19
    1.4.4 发光材料  19-20
  1.5 本论文的主要研究内容  20-21
第2章 CdS薄膜的制备理论及表征  21-33
  2.1 化学水浴沉积法(CBD)制备CdS薄膜原理  21-23
  2.2 真空蒸发法制备CdS薄膜  23-27
    2.2.1 真空蒸发法设备  23-25
    2.2.2 真空蒸发法设备的操作流程  25
    2.2.3 真空蒸发法的CdS薄膜形成原理  25-27
  2.3 检测手段  27-33
    2.3.1 X射线衍射物相分析(XRD)  27-28
    2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)  28
    2.3.3 透射谱  28-29
    2.3.4 Raman光谱  29
    2.3.5 荧光光谱  29-30
    2.3.6 膜厚测量  30-31
    2.3.7 四探针法测方块电阻  31-33
第3章 CdS薄膜的CBD法制备及表征  33-51
  3.1 实验及表征仪器  33
  3.2 实验药品  33-34
  3.3 实验过程  34-35
    3.3.1 衬底清洁处理  34
    3.3.2 反应溶液的配置  34
    3.3.3 实验制备过程  34-35
  3.4 CdS薄膜的确定  35-37
  3.5 实验条件对沉积CdS薄膜的影响  37-50
    3.5.1 氯化铵的浓度对CdS薄膜的影响  38-39
    3.5.2 硫脲的浓度对CdS薄膜的影响  39-40
    3.5.3 氯化镉的浓度对CdS薄膜的影响  40-41
    3.5.4 溶液的pH值对CdS薄膜的影响  41-42
    3.5.5 反应温度对薄膜生长速率的影响  42-44
    3.5.6 沉积时间对CdS薄膜的影响  44-45
    3.5.7 超声震荡对CdS薄膜的影响  45-46
    3.5.8 退火处理对CdS薄膜的影响  46-50
  3.6 本章小结  50-51
第4章 CdS薄膜的真空蒸发法制备及表征  51-61
  4.1 真空蒸发法的实验仪器及药品  51
  4.2 蒸发电流对CdS薄膜的影响  51-53
  4.3 沉积时间与CdS薄膜厚度的关系  53-54
  4.4 退火处理对CdS薄膜的结构、形貌和透射率的影响  54-60
  4.5 本章小结  60-61
第5章 CdS/Cu_2S双层膜的制备和导电特性研究  61-69
  5.1 前言  61
  5.2 实验部分  61-62
    5.2.1 实验药品  61
    5.2.2 实验方法及原理  61-62
    5.2.3 实验溶液的配置  62
  5.3 CBD法制备的CdS/Cu_2S的表征  62-64
  5.4 真空蒸发法制备的CdS/Cu_2S的表征  64-66
  5.5 本章小结  66-69
论文总结  69-71
参考文献  71-77
科研成果  77-79
致谢  79

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学
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