研究目的
研究电子束蒸发技术沉积的ZnS薄膜厚度对其晶体学和光学性质的影响。
研究成果
采用电子束蒸发法(EBE)无需退火即成功沉积出具有立方结构的硫化锌(ZnS)薄膜。薄膜结晶度随厚度增加而提升,同时均方根粗糙度略有上升。光学带隙随厚度增加从3.45电子伏特降至3.36电子伏特,这归因于量子尺寸效应和杂质能级的影响。折射率与介电常数呈现厚度依赖性变化。这些发现对作为缓冲层应用于薄膜太阳能电池具有重要意义,为硫化镉提供了环保替代方案。未来研究应聚焦于减少杂质并探索退火效应。
研究不足
本研究仅限于未退火的ZnS薄膜沉积,与退火薄膜相比可能影响结晶度。沉积腔室潜在的微泄漏导致氧杂质存在,可能影响薄膜性能。厚度范围(350-1700纳米)和基底材料(硅与玻璃)可能未涵盖所有应用场景。未来工作可优化沉积参数以减少杂质,并扩展至其他基底或退火处理。
1:实验设计与方法选择:
采用电子束蒸发(EBE)系统在未退火条件下,于Si(100)和玻璃基底上沉积ZnS薄膜。该方法因其能制备低粗糙度且厚度控制优良的薄膜而被选用。
2:样本选择与数据来源:
使用高纯度ZnS粉末(99.99%)作为蒸发源。Si和玻璃基底经蒸馏水清洗并用氮气干燥。通过调节沉积时间(5-20分钟)控制薄膜厚度为350至1700纳米。
3:99%)作为蒸发源。Si和玻璃基底经蒸馏水清洗并用氮气干燥。通过调节沉积时间(5-20分钟)控制薄膜厚度为350至1700纳米。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:EBE系统(Elettrorava,意大利)、ZnS粉末(Aldrich,99.99%)、扫描电镜(TSCAN Vega\XMU,捷克)、原子力显微镜(Autoprobe CP,美国Park科学仪器)、能量色散X射线光谱(EDX)、X射线光电子能谱仪(SPECS超高真空/XPS/AES)、X射线衍射仪(Stoe透射式X射线衍射仪Stadi P,德国)、拉曼光谱仪(Jobin-Yvon LabRAM HR)、紫外-可见分光光度计(Specord S100,德国耶拿分析仪器)。
4:99%)、扫描电镜(TSCAN Vega\XMU,捷克)、原子力显微镜(Autoprobe CP,美国Park科学仪器)、能量色散X射线光谱(EDX)、X射线光电子能谱仪(SPECS超高真空/XPS/AES)、X射线衍射仪(Stoe透射式X射线衍射仪Stadi P,德国)、拉曼光谱仪(Jobin-Yvon LabRAM HR)、紫外-可见分光光度计(Specord S100,德国耶拿分析仪器)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:基底置于抽至<9×10?? mbar真空度的腔室中,电子束聚焦于ZnS源,靶-基距110毫米进行沉积。沉积后通过SEM表征厚度与形貌,AFM分析表面起伏,EDX和XPS测定成分,XRD解析晶体特性,拉曼检测振动模式,UV-Vis测量光学透过率。
5:数据分析方法:
XRD数据采用积分宽度分析与谢乐公式计算晶粒尺寸;光学数据通过包络法分析折射率与消光系数;带隙由(αhν)2与hν关系曲线确定。
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ZnS powder
99.99%
Aldrich
Used as the evaporating source for thin film deposition.
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UV-Vis spectrophotometer
Specord S100
Analytik Jena
Used for recording transmittance spectra to examine optical characteristics.
-
EB-PVD system
Elettrorava
Elettrorava
Used for electron beam evaporation deposition of ZnS thin films.
-
SEM
TSCAN Vega\XMU
TSCAN
Used for measuring film thickness and morphology.
-
AFM
Autoprobe CP
Park Scientific Instruments
Used for investigating surface relief of the films.
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XPS spectrometer
SPECS UHV/XPS/AES
SPECS
Used for XPS analysis to determine film composition.
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XRD
Stoe Transmission X-ray diffractometer Stadi P
Stoe
Used for analyzing crystallographic properties of the films.
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Raman spectrometer
LabRAM HR
Jobin-Yvon
Used for recording Raman spectra to investigate vibrational modes.
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