真空蒸发制备稀土掺杂ZnSe薄膜及其特性研究

论文摘要

采用真空蒸发法在玻璃衬底上制备了稀土Dy、Nd掺杂的ZnSe薄膜，在氮气气氛中，T=350℃, t=20min下对薄膜进行热处理，并采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外可见分光光度计以及原子力显微镜对薄膜的性能进行了测试。通过测试结果，分析并优化了ZnSe薄膜的制备工业，同时研究了稀土Dy、Nd掺杂对ZnSe薄膜特性的影响。实验结果表明：高纯单质锌与硒按照原子配比Zn:Se=0.9:1混合蒸发，可制备较理想的纯ZnSe薄膜。在氮气保护下，热处理温度T≥250℃, t=20min时，可获得完全为ZnSe物相的多晶薄膜，薄膜中未出现单质Zn或单质Se的物相。稀土掺杂对ZnSe薄膜的晶体学、光学性质产生了明显影响。掺杂Dy并未改变薄膜的晶体结构及导电类型，但影响了薄膜表面形貌，抑制了ZnSe的结晶，还使得薄膜的晶粒尺寸和内应力减小，晶格常数及晶胞体积变大，薄膜的光学带隙有所减小，光透射性得到改善。掺杂Nd与掺杂Dy对ZnSe薄膜有相似的影响，未改变样品的晶体结构及导电类型，但影响了表面形貌，抑制了ZnSe的结晶，使得薄膜内应力及晶粒尺寸减小，晶格常数及晶胞体积变大，光透射性得到改善，但缩小了ZnSe薄膜的光学带隙。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 ZnSe材料的应用
• 1.2.1 ZnSe在太阳电池中的应用
• 1.2.2 ZnSe在其它方面的应用
• 1.3 ZnSe的研究现状
• 1.3.1 ZnSe薄膜的制备方法
• 1.3.2 ZnSe薄膜的研究现状
• 1.4 ZnSe材料的掺杂研究现状
• 1.5 选题依据
• 第二章 理论基础
• 2.1 ZnSe材料的性质
• 2.2 稀土元素的性质
• 2.3 X射线衍射分析
• 2.3.1 XRD物相定性分析
• 2.3.2 晶胞体积的计算
• 2.3.3 晶粒尺寸的计算
• 2.3.4 晶格常数的计算
• 2.3.5 晶格常数的修正
• 2.3.6 内应力的计算
• 2.4 X射线光电子能谱分析
• 2.5 原子力显微镜
• 2.6 光学带隙的计算原理
• 第三章 实验设计
• 3.1 实验药品
• 3.2 实验仪器
• 3.3 样品制备
• 3.4 样品的测试
• 第四章 实验结果与讨论
• 4.1 纯ZnSe薄膜特性
• 4.1.1 ZnSe薄膜的表面形貌
• 4.1.2 ZnSe薄膜的结构分析
• 4.1.3 ZnSe薄膜的XPS能谱分析
• 4.1.4 ZnSe薄膜的光学特性
• 4.1.5 小结
• 4.2 稀土Dy掺杂ZnSe薄膜特性
• 4.2.1 Dy-ZnSe薄膜的表面形貌
• 4.2.2 Dy-ZnSe薄膜的结构分析
• 4.2.3 Dy-ZnSe薄膜的XPS分析
• 4.2.4 Dy-ZnSe薄膜的光学特性
• 4.2.5 小结
• 4.3 稀土Nd掺杂ZnSe薄膜特性
• 4.3.1 Nd-ZnSe薄膜的表面形貌
• 4.3.2 Nd-ZnSe薄膜的结构分析
• 4.3.3 Nd-ZnSe薄膜的XPS分析
• 4.3.4 Nd-ZnSe薄膜的光学特性
• 4.3.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表学术论文及参加科研项目