掺杂及不同衬底对Sn_2S_3薄膜特性影响

【摘要】：单源共蒸发沉积Zn掺杂Sn2S3多晶薄膜,经氮气保护对薄膜进行热处理工艺以改善薄膜的性能,研究不同比例Zn掺杂及不同衬底对Sn2S3薄膜的结构、表面形貌、化学组分及电学、光学特性的影响。 XRD分析给出：用配比为Sn:S=1:0.4(wt%)的混合粉末沉积薄膜,经380℃,55min热处理后得到结晶良好的简单正交晶系Sn2S3多晶薄膜,空间群为pnam(62)。相同Sn、S配比掺Zn (9wt%)后的薄膜经370℃,15min热处理在玻璃基底和单晶硅基底上分别得到简单正交晶系的Sn2S3:Zn多晶薄膜。用谢乐公式计算出薄膜的平均晶粒尺寸分别为35.69nm(未掺杂,玻璃),58.80nm(掺Zn,玻璃),59.59nm(掺Zn,单晶硅),掺Zn后平均晶粒尺寸增大。原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)显示：薄膜表面颗粒大小均匀。能谱分析(EDS)给出掺Zn (9wt%)后Sn2S3薄膜的Sn与S化学计量比由1：0.81变为1：0.41,薄膜中的S损失较多。手动轮廓仪测试给出：纯Sn2S3及Sn2S3:Zn (9wt%)薄膜的厚度分别为265nm,346nm。掺Zn后薄膜表面粗糙度平均值从41nm增到50nm。 掺Zn及硅衬底上生长薄膜可改善薄膜的导电特性,掺Zn前后的Sn2S3薄膜导电类型均为N型。玻璃衬底上掺Zn后薄膜电阻率由5.45×102Ω·cm降至6.05×101Ω·cm,硅基底的Sn2S3:Zn薄膜电阻率为1.54fΩ·cm。 纯Sn2S3薄膜的直接光学带隙为1.85eV,9wt%掺Zn后,薄膜的光学带隙为1.41eV, Zn的掺入增强了Sn2S3薄膜对红外光的吸收,吸收系数均在105cm-1数量级。