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Zn掺杂SnS薄膜的制备及表征

闫君  
【摘要】: 真空单源共蒸法在玻璃衬底上制备Zn掺杂SnS薄膜,对薄膜进行不同条件热处理(氮气保护).用X射线衍射仪、原子力显微镜、手动轮廓仪、光电子能谱仪、紫外—可见分光光度计、台式繁用表等方法对薄膜物相结构、表面形貌、光、电性能等进行测试表征. 实验结果显示:用Sn:S混合粉末为1:0.8(at%)蒸发沉积的薄膜,经350℃热处理40min后可获得空间群为Pcnm(53)简单正交晶系SnS多晶薄膜,晶粒沿(004)晶向择优生长.按同样锡硫配比掺Zn(2wt%、4wt%)后,经300℃处理40min得到简单正交晶系和面心正交晶系Cmcm(63)两相混合的SnS薄膜.掺Zn可使薄膜表面致密、孔洞减少.掺Zn前后Sn与S在薄膜中的状态都呈Sn+2、S-2,Zn在SnS薄膜中以间隙和替位两种状态存在,化学态为+2价.未掺杂的SnS薄膜表面和体内元素化学计量比分别为:Sn:S=8.76:1,Sn:S=1.90:1,相比之下薄膜表面S损失较大.实验给出掺Zn 2wt%、4wt%后的SnS薄膜表面和体内元素化学计量比分别为:Sn:S=2.95:1(掺Zn 2wt%表面)、Sn:S=1.38:1(掺Zn 2wt%体内);Sn:S=2.87:1(掺Zn 4wt%表面)、Sn:S=1.36:1(掺Zn 4wt%体内).可见掺Zn可抑制SnS在制备过程中S的损失,改善薄膜的化学计量比. SnS薄膜直接光学带隙为1.95eV, SnS:Zn薄膜(2wt%和4wt%)带隙变窄,分别为1.375eV、1.379eV,薄膜的光吸收边向长波方向移动.掺Zn可明显改善SnS薄膜的导电性能,纯SnS薄膜电阻率在103Ω·cm量级,SnS:Zn薄膜(2wt%和4wt%;热处理300℃,40min),的电阻率降低了6—7个数量级,分别为1.8528×10-3Ω·cm和4.944×10-4Ω·cm,SnS薄膜为本征型,SnS:Zn薄膜为N型.


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