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雾化法制备硫化镉薄膜及其掺杂特性研究

作　者: 李江波
导　师: 胡文成
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料学
关键词: 二乙基二硫代氨基甲酸镉(CED) 硫化镉掺杂超声雾化热解(USP)
分类号: O614.242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

新材料在未来科学技术的发展中起着非常重要的作用,它将促进科学技术的迅速发展,增强国民经济实力,提高人们的日常生活水平。尤其是光电子信息材料的研究发展,更是举足轻重。硫化镉是一种应用广泛的光电子信息材料,从事该方面的研究工作,将会促进我国光电子技术及其应用的发展,同时对我国国民经济的发展也具有重要意义。文中详细介绍了硫化镉薄膜材料的制备方法及其原理,并概括了CdS薄膜的研究现状和应用。本实验以二乙基二硫代氨基甲酸镉(CED)—二甲亚砜混合溶液为前驱体溶液,使用自制的超声雾化热解(USP)系统在玻璃基板上制备得到了CdS及其掺杂薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外—可见光光谱仪(UV-Vis Spectrometer)等测试手段,对薄膜的结构和性能进行表征。研究了各种生长条件,如掺杂物浓度,衬底温度,沉积时间和退火等工艺参数对CdS薄膜结构和性能的影响。实验结果表明,雾化汽相沉积CdS薄膜,衬底温度对薄膜的c轴择优取向性影响较大,随着衬底温度的升高,薄膜c轴取向度增强;当衬底温度过高时,薄膜的c轴择优取向性减弱,结晶性变差。因此,适宜的衬底温度是超声雾化热解技术获得c轴取向高度一致的CdS薄膜的重要因素。在掺杂镁的薄膜样品中,当掺杂浓度从0到50 at%增长时,薄膜的C轴择优取向性先增强后减弱,当掺杂浓度为10 at%时,薄膜的C轴择优取向性最强。观察掺杂样品薄膜的XRD发现,生成的薄膜均为多晶,六角纤锌矿结构。随着衬底温度的升高,掺杂薄膜的C轴择优取向性增强,衍射峰半高宽逐渐下降,通过谢乐公式计算发现,晶粒尺寸增大。在共掺杂薄膜样品中,随着锰原子所占比例的增加,薄膜紫外透射光谱的吸收截止边带向高波长方向漂移;当锰原子所占比例进一步增大(Mg:Mn=1:5)时,发现透射光谱的吸收截止边带向低波长方向漂移。未掺杂时薄膜导电类型为n型;当掺杂浓度为10 at%时,导电类型转变为p型;进一步增大掺杂量,为30 at%时,发现导电类型转变为n型;当掺杂量达到50 at%时,导电类型又转变为p型。在掺杂样品中,随着掺杂量的增加,薄膜的电阻率逐渐增大。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-20
  1.1 硫化镉的基本性质  11-12
    1.1.1 硫化镉的晶体性质  11
    1.1.2 硫化镉的光学性质  11-12
  1.2 硫化镉薄膜的制备方法  12-16
    1.2.1 真空蒸发法  12
    1.2.2 化学溶液法和化学超声法  12-13
    1.2.3 溅射法  13-14
    1.2.4 分子束外延法  14
    1.2.5 脉冲激光沉积  14
    1.2.6 溶胶-凝胶法(Sol-Gel 法)  14-15
    1.2.7 化学浴沉积法(CBD 法)  15
    1.2.8 电沉积法  15
    1.2.9 化学气相沉积  15-16
  1.3 硫化镉薄膜的应用  16-18
    1.3.1 硫化镉半导体胶体和纳米颗粒复合膜  16-17
    1.3.2 光电探测器  17
    1.3.3 气敏传感器  17
    1.3.4 发光器件  17
    1.3.5 光学集成和储存器件  17-18
  1.4 硫化镉薄膜研究目的和意义  18
  1.5 硫化镉薄膜的国内外研究现状  18-19
  1.6 论文的主要研究内容  19-20
第二章超声雾化热解装置的设计及原理  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 超声雾化热解技术的简介  20-21
    2.2.1 超声雾化热解技术的发展史  20-21
    2.2.2 超声喷雾热解技术的优点  21
  2.3 对实验用分散系统的改进  21-22
  2.4 热解沉积机理  22-23
  2.5 超声雾化热解实验系统  23-24
    2.5.1 雾化系统  23-24
    2.5.2 沉积系统  24
    2.5.3 温控系统  24
  2.6 试样制备过程  24-27
    2.6.1 主要原料  24-25
    2.6.2 前驱物的选取  25
    2.6.3 前驱物的提纯  25-26
    2.6.4 前驱物溶液的配置  26
    2.6.5 衬底的清洗  26
    2.6.6 实验样品的制备  26-27
  2.7 薄膜分析与测试方法  27-32
    2.7.1 X 射线衍射(XRD)  27-28
    2.7.2 扫描电子显微镜(SEM)  28-29
    2.7.3 紫外—可见光谱测试  29
    2.7.4 霍尔效应及范德堡方法  29-32
第三章工艺参数对CdS 薄膜特性的影响  32-46
  3.1 引言  32
  3.2 薄膜结构特性分析  32-36
    3.2.1 衬底温度对薄膜结构的影响  32-34
    3.2.2 退火工艺对薄膜结构的影响  34-36
  3.3 表面形貌分析  36-38
    3.3.1 基板温度对薄膜表面形貌的影响  36-37
    3.3.2 退火工艺对薄膜表面形貌的影响  37-38
  3.4 光学特性的分析  38-41
    3.4.1 衬底温度对薄膜光学特性的影响  38-39
    3.4.2 沉积时间对薄膜光学特性的影响  39-40
    3.4.3 退火工艺对薄膜光学特性的影响  40-41
  3.5 薄膜生长机理探讨  41-43
  3.6 实验优化设计及分析  43-46
第四章工艺参数对掺杂CdS 薄膜特性的影响  46-61
  4.1 引言  46
  4.2 薄膜结构特性分析  46-49
    4.2.1 掺杂浓度对薄膜结构的影响  46-47
    4.2.2 衬底温度对薄膜结构的影响  47-48
    4.2.3 多元掺杂对薄膜结构特性的影响  48-49
  4.3 薄膜表面形貌特性分析  49-53
    4.3.1 不同掺杂浓度对薄膜表面形貌的影响  49-50
    4.3.2 衬底温度对薄膜表面形貌的影响  50-52
    4.3.3 共掺杂对薄膜表面形貌的影响  52-53
  4.4 薄膜光学特性分析  53-56
    4.4.1 掺杂浓度对薄膜光学特性的影响  53-54
    4.4.2 衬底温度对薄膜光学特性的影响  54-55
    4.4.3 共掺杂对薄膜光学特性的影响  55-56
  4.5 薄膜电学特性分析  56-57
  4.6 薄膜掺杂机理探讨  57-58
  4.7 实验优化及探讨  58-61
第五章结论  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-69
攻硕期间取得的研究成果  69-70

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