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nc-Si:（Al_2O_3+SiO_2）复合薄膜和SnS薄膜的制备及其特性研究

作　者: 郝培风
导　师: 高斐
学　校: 陕西师范大学
专　业: 光学工程
关键词: nc-Si:（Al2O3+SiO2）薄膜 热电特性 Seebeck系数 SnS薄膜 光致发光
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本论文分两部分,第一部分研究了nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合热电薄膜。采用真空热蒸发在石英上蒸镀一层Al膜并在空气中退火的方法制备nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合膜,利用X射线衍射仪(XRD)、环境扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了薄膜的结构特性,用光致发光(PL)研究了它的光学特性,并用自制的热电性能测试仪对薄膜的热电特性进行了研究。第二部分研究SnS薄膜。在玻璃衬底上,以SnS粉末为蒸发源,采用真空热蒸发法并在N2中退火处理制备SnS薄膜。利用XRD、SEM、能谱仪(EDS)、紫外近红外光谱仪(UV-VIS-NIR)和光致发光谱研究了SnS薄膜的结构特性和光学特性。本论文得出主要结论如下：1.通过对XRD谱的分析得到经退火样品中Al已完全被氧化,同时出现了纳米晶硅(nc-Si)。由Scherrer公式估算出嵌于复合膜(nc-Si:(Al2O3+SiO2)中的nc-Si的平均尺寸约为25 nm,由nc-Si峰位得到其晶格常数为0.316nm；2.通过对样品的Ranman谱的分析并估算得到复合膜中Si的晶化率约为96%,Si几乎完全晶化；3.通过对已沉积样品膜厚和退火后样品的横截面SEM图所显示的膜厚的比较得出,已沉积薄膜中的Al在退火过程中向下扩散到石英衬底里；4.在波长为325 nm激发下,nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合薄膜光致发光的波长范围为480 nm-780 nm,这来自缺陷发光和nc-Si发光；5.在293 K-413 K温度范围内,nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合膜的Seebeck系数绝对值和电阻率均有下降趋势,为n型导电,该复合膜的Seebeck系数在293 K与413 K分别时为-624μV和-225μV,在温度为293K时热电功率因子为7.62x10-5 Wmm-1K-2；6.已沉积的SnS薄膜的结晶性良好,200℃下退火的样品的结晶性最好,SnS晶粒尺寸约为15.4 nm,在不同的退火温度下SnS晶粒尺寸无明显变化；7.退火温度高于400℃时,样品中出现了Sn2S3次生相；8.随着退火温度的升高,SnS薄膜表面粗糙度增大；9.退火前后的SnS薄膜的光学带隙几乎没有变化,在200℃下退火的SnS薄膜的光学带隙约为1.39 eV；10.不同条件下制备的SnS薄膜在波长为325 nm激光激发下,没有带间发光(约950 nm),但发出波长为498nm和530nm发射光,推断为缺陷中心发光。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 热电材料的发展现状  8-12
    1.1.1 热电效应及其应用  8-10
    1.1.2 提高热电转换效率的途径  10-11
    1.1.3 热电材料的发展现状  11-12
  1.2 光伏材料的发展现状  12-15
    1.2.1 光生伏特效应及其应用  12-13
    1.2.2 提高光电转换效率的途径  13-14
    1.2.3 光伏材料的发展现状  14
    1.2.4 SnS薄膜的研究进展  14-15
  1.3 本论文的研究内容及研究意义  15-18
第2章 薄膜材料的常规制备方法及分析  18-30
  2.1 薄膜材料的常规制备方法  18-22
    2.1.1 真空热蒸发法  18-19
    2.1.2 磁控溅射法  19-20
    2.1.3 分子束外延法(molecular beam epitaxy简称MBE)  20-21
    2.1.4 化学气相沉积法(CVD)  21-22
    2.1.5 电化学法  22
  2.2 薄膜材料的性能分析  22-28
    2.2.1 薄膜材料的结构特性分析  23-28
    2.2.2 薄膜材料的光学特性分析  28
  2.3 本章小结  28-30
第3章 nc-Si:(Al_2O_3+SiO_2)复合薄膜的制备及其热电特性的研究  30-44
  3.1 nc-Si:(Al_2O_3+SiO_2)复合薄膜的制备  30-32
    3.1.1 实验装置  30
    3.1.2 衬底的清洗及热蒸发源的处理  30-31
    3.1.3 薄膜的沉积及退火  31-32
  3.2 nc-Si:(Al_2O_3+SiO_2)复合薄膜的结构特性分析  32-38
    3.2.1 XRD测试结果及分析  33-34
    3.2.2 Raman结果及分析  34-36
    3.2.3 SEM结果及分析  36-37
    3.2.4 TEM测试结果及分析  37
    3.2.5 光致发光(PL)谱分析  37-38
  3.3 nc-Si:(Al_2O_3+SiO_2)复合薄膜的热电特性测试及分析  38-42
    3.3.1 测试原理  38-40
    3.3.2 热电特性测试仪结构  40
    3.3.3 nc-Si:(Al_2O_3+SiO_2)复合薄膜的热电特性测试结果及分析  40-42
  3.4 本章小结  42-44
第4章 SnS薄膜的制备及其特性研究  44-56
  4.1 SnS薄膜的制备  44-47
    4.1.1 实验装置  44
    4.1.2 衬底的清洗及蒸发源的准备  44-46
    4.1.3 薄膜的沉积及退火  46-47
  4.2 SnS薄膜的结构特性分析  47-50
    4.2.1 XRD测试结果及分析  47-48
    4.2.2 AFM测试结果及分析  48-49
    4.2.3 SEM和能谱仪(EDS)测试结果与分析  49-50
  4.3 SnS薄膜的光学特性  50-54
    4.3.1 UV-VIS-NIS测试结果及分析  50-52
    4.3.2 PL谱分析  52-54
  4.4 本章小结  54-56
结论  56-58
参考文献  58-64
致谢  64-66
攻读学位期间的研究成果  66

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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 > 薄膜的生长、结构和外延
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