*制环方法究研
环道京~ 环晋敏~ 王衍~ 培强~ 环
;环大院学学 环州大新型光环子材料技环究所~学研 环州环阳550025,摘要,析了制环和环理环程中薄膜环方法环环沉沉条件、沉环速率、薄膜厚度、环理方和环环理件等因素条环 β-FeSi相的形成的影响~环果表明~响 β-FeSi相形成的定性因
环理的度和环环温~此薄膜的环方和薄膜厚度环 沉FeS相也重要的影响。 环环环,薄膜
境友好半环体 β-FeSi~环环
Research of Preparing Methods of Ecological
Semiconductor β-FeSiFilms2
MA Dao-jing~ ZHANG Jin-min~ WANG Yan~
ZHU pei-qiangCHEN ZhanXIE Quan~ ~
of ScienceInstitute of Advanced Optoelectronic Materials and TechnologyCollege ;~~
Guizhou UniversityGuiyang550025China~ ~ ,
Abstract: In this paper, the preparing methods of ecological semiconductor β-FeSifilms were reviewed and the thermal 2
treatment processes were summarized. The influences of the methods and conditions of film deposition and thermal treat, ment process on formation of β-FeSiwere analyzed, such as deposition methods and deposition rate, film thickness, the2
methods and conditions of thermal treatment processes. The results show that the temperature and duration of thermal treatment process is the key factors for the formation of β-FeSi. In addition, the methods of deposition and the 2
thickness of the film have important influences on the characteristics of β-FeSi.2
Keywords: Preparation of thin films; ecological semiconductor β-FeSi; Thermal treatment process2
中环分环号,TM23文环环献
05
与环代光环通环环率范环一致。环材料在环
具有高的光吸收系数、大的环系和高
能环环效率。此外~β-FeSi在硅基片上外延生 近十年几~β-FeSi作环一环新
环~制方法环有硅基集成与环路的制环方法 相兼β-FeSi半环材料受到人环的泛环体广注。环环被2 容~因此~环环材料可望在环二管极、环外 探环器[1]E87 eV 是 准直接环隙材~其环隙在 左右=0.~g[2]-[4]以及能池等环域环
05子束注入离、分子束外延、环子束环、* 基金环目,环州省然科基金环学目 ;黔科合 J 字 化相环学气沉、激光助环、离子环射和磁控[2008]2002 号,~环省科技环合作环国
G ;2009,700113 号,~环阳市科技局大环环科技学 射等方法金将属 Fe 或(Fe/Si)n 多环膜环先环 沉到目;筑科环;2007,6-3 号~筑科;2007,6-1 号,~硅片上~环环一定件的环环理条~如在惰性气环州 大究环新基金环
氛保下火、在高空环境中环行真退火、激光环需环分的子环而环生的蒸炉气环小孔准直后形照高能子离环照~可即使 Fe 与 Si 环生硅化 成的分子束或原子束直接环到适度环晶当温 反环~相合成 β-FeSi薄膜。环了环得高环量 β- 基上~同环控
FeSi薄膜~需要全面究硅化反环环程中各因 研素2 或原子按晶排列一环地环在基片上形体成薄 膜的影响~环此~本文环不方法环 β-FeSi薄 膜2 环技环的环点是使用环底度低温~膜环生环 速率慢~的环环理工环环了回和环环~出了影 响β-FeSi2 束流强度于精控制确~膜环环分和环环 环度可源随膜的形成和薄环量一些环环因素。环化而迅速环整。用环环环已能 制环
个原子环的环晶薄膜~以及交 生环不
同环环的薄膜而形成的超薄环 量子微环
[6] 影响 Fe-Si 系环硅化物相形成的主要1在
MBE 模板技环生环 β-FeSi薄
形模板环,高环环和高环硅共蒸环未加环 的硅环底[5]上~环微环量~在 420 ?退火~膜环度 环 0.9 根据 Fe-Si 系环平衡
nm~冷却后~环底加环~共蒸化学配 比 1:2 同度下可形成不同化环量比
的环、硅~在 660 ?退火~环一厚度大环环富金属相 FeSi、中环相 FeSi、环硅化
富
硅相 β-FeSi和 α-FeSi等。所有环些环硅化全
中~常下只有 β-FeSi有半环性体环~其余均2 4.7 nm~环环模板环完。最后环底持在 660 ?~环示金特性属~其中~四方相 α-FeSi是环系个环 2 共蒸环化配比环学 1:2 的环、硅。薄膜厚度可以中的高化温合物~在 1223 K;950 ?,以上一[7]到 200~250 nm。Takakura 等采用同环的方法在 直到S;i 001,环底上生环 Si/Fe 环膜~然后在 900 熔点都环定的~在 1223 K;950 ?,以下~相α ? 的高下退温 42 h~环果环环~β-FeSi的子迁2 共析反环环环正交相 β-FeSi~其中的环环 温度22移率到达了 6900 cm /V?s~比目前所环道的不同究小环环出的环不同~但肯定研是在环环 n β-FeSi的迁移提高了 15 倍。2 1188~1 233 K;915~960 ?,之环。
形
?,是环定的~高于此度温将向 α 相环环。在薄膜
化相环反环学沉环在环环件下环生气条系环硅化物的生环环程中~FeSi、FeSi 和 FeSi32化反环~生成固环物环环在学沉加环固环 体表面环常同一度范环共存~因而温要得到环一相 β-环而制得固材料的工环技环体。它属本环上 于原范FeSi十分困。环此需要全面究硅反环 各环研2 畴的环环环环程。使用环技环制环 β- FeSi薄膜~目2 影硅化程的因素所起的作响。前主要有环方法两,环方法是 气源环
各环硅化物相的形成是一环环环程~相环 环的化相学气沉环(Gas Source Met,生主要由度和反环所
al-organic Chemical Vapor Deposition~GSMCVD)。环理度是影温响 Fe/Si 环中各硅化物
它利用五环基化环 Fe(CO)的解特性~通环金属决定性因素。此外~在究中我环环环研~Fe-Si 化
有机物化相环方法在环学气沉底制环出一环 环膜~物的形成环度相环与温~环与 Fe 膜的环方
不同法制环的 Fe/Si 系环中环理条2然后环其环行退得到 β-FeSi的薄膜。一2 件环 β-FeSi薄形成的影响2 般底度温环 170 ?~在温
火 2 h~一环方法是使环流环加环气(300 ?)的2.1分子束外延(Molecular Beam Epitaxy~MBE)高环~反环生成 FeCl ~ FeCl 被流
MBE 是一环在晶片上生环高量的晶体体室与 SiH在环上反环生成 β-FeSi
[8]750~800 薄膜新技环在超高空件下真~由有各环所装环底度
(Evaporation and Annealing2.3800 ?之环环化~600 ?环 β-FeSi生环最好。周蒸 环 退
[14]Method~EAM环等用 FeSi合金
)激法沉在 Si(111)环晶基片制环了环一相的 β-蒸环火是指在超高真空系环中用环子束蒸FeSi薄膜~膜厚在 60~100 nm~环适沉温宜 2 环、离子束蒸环在光的环硅片或环宝
度在 500~550 ?之环。如果采用秒脉冲沉激光上环/硅环膜~然后在合适的温度(800 ? 左右)环行[9]退火~可以得到 β-FeSi薄膜。薄膜厚 度大环-FeSi环法制环环相 β~环的适沉温宜度薄膜2 2 [10]几十环米~最厚的可以达到 480 nm 。 400 50~100 在 ?~比准分激光环低沉 ?。[11]Okajima 等利此技环制环了 β-FeSi/Si 和 β- 2[12]FeSi/InP 异环环~环行了光吸收和光环子环量。Lu 等人离子束合成(Ion Beam Synthesis~IBS)2.52+通环在 Si(111)片中注入 As~然后
环在环底上沉 Fe/Si 薄膜~环沉膜厚环 米数量环~最离子束合成是近30 年环上来广蓬勃环展和后在超高空的环境中退真火 30 h~ 退火度环温环 泛环用的一环材表面改性的高新技环~其基本 原500,800 ?~环环从 FeSi 到 β- FeSi的环环从 600 2 理是,用量环 100 keV 量环的束入到 离材+ ?环始~到 700 ?环束~而 As的注入增强了环一环料中~束材料的原子离与或分子环一 系程。列物理的和化的学互作用~入射子
能量~最后停留在材料中~并引起材料
分、环和性能环生环化~而构环化材料
或得某些新的环性能异。其环点是精控 确制环环2.4脉冲沉激光环(Pulsed Laser Deposition~PLD)的环环量、深度分和面均性~而且
;可防止原环环的再环来散等,~同环可环
目前~激光环技冲环是最前途的膜环;以环容效减环,。技环。它将脉冲激光器所环生的高功率激光 脉冲利用 IBS 方环环子注入到加环的环底将离 焦于材面靶~使其表面环生高温环环~并环 一步表面~后环行退火可即环得 β-FeSi薄膜。不 2 4 环生高高环子温离体(T>10K)~离子 体定向局同的究研温者用不的底度、离子束流和退火 域膨环在基片上环成沉膜。环技环环环且 有多环点,很温度。环底度一温般在 300~600 ?之环~子束流离 ?可化成分环学环的合物材料 环全等同环膜~17+ -218+ -2 在 1×10Fecm~1×10Fecm之环。Darakchieva 于保环环膜后化环量比的 环定。与靶材成分一致是 [15]等采用步法环行两离子注入~使用的芯 n PLD 的最大环点~是 区环于其环的主要环它志。?型 Si(100)和 p 型 Si(100)~注入的能量和环量分环 17 -2 反环迅速、环快。环 E=90 keV~D=4×10cm和 E=25 112?定向强、薄膜分环率高~能环环微沉。?生 keV~D=1×2环环程中可原位引入多环~气引入或惰性及混 合17 -210800 900然后注入的将品分环在 ?和 cm。气体环提高薄膜环量有重要意环。?易制多环 膜和?快速退火 15 s、30 s、60 s~果表明~快速退异环膜~特环是多元氧异化环环~只需通环环 环的环就靶 环环的增加环致了环品表面在 900 ?环出环了拉 伸行。?靶材容易制环不需加环~子能 离在 1000 环环弛豫象~而晶常在环数环 60 s 环大~eV 左右~如此高能量降低了薄膜 所的环相环退火环环而言~环表面和表功能 群的恢环环底度~易于在环低温度下位生环 取向致的环退的度温更加敏感。构和外延环
制成高环薄膜~等离子体羽环在 局部
环~故环环沉腔环染要少得多。? 可制膜环
所有的材料都可用 PLD 制 膜~除非材
磁控环射(Magnetron sputtering~MS)2.6光是透明的。
[13]Liu 等利用脉冲将沉光高环环和高环硅 磁控环射是 70 年代迅速环展起的一来环“在环的 Si(100)环底上~环薄膜沉环 Fe/Si 多
速低环射技环温”~具有环膜基与材的环合力 强然环行退火环理~环底度
环膜环致密、均匀~成分容控制~成
制环大面环均膜匀且易工化等环点。
止~采用 MS方法制环 -FeSi环行系环研β并环其2
[16]Phys. Rev. B, 1990, 42: 7148.究的不多。Larsen 等用直 MS 方
Liu Z. X., Wang S., Otogawa N., et al., A thinlm so-fi,[2]环环技环究了其环晶性环和冲研取
lar cell of high quaty FeSi/Si heterounction pre-liβ-j[17]2用射环 MS 方和空火制真环 β-FeSi薄膜~环2 ,[18] 其光环学学研性环环行了究。Chu 等用 RF-MS pared by sputterng [J], Solar Energy Materials & Solari方法环和退火沉环 β-FeSi薄膜~
察到了光致环环致环光环温象。Leong D., Harry M., Reeson K. J., et al., A scon/ronilii- [19][20]在我环的前期工作中~采用磁控环射方法 discide ghtemng diode operang at a wavelength ililiittiti在 Si (100) 基片上环沉环 100 nm 厚的 Fe 膜形
Li C., Suemasu T., Hasegawa F., Temperature depen,Fe,Si 系环~后在随真空中 873~1273 K;600~1000
dence of electrolumnescence from Sibased light emt,i-i?,退火 2 h~用高能子束环
ting diodes withβ-FeSiparticles active region[J], Jour,2 ;RBS, 技环究了退火环
[5]nal of Luminescence, 2006, 118: 330.环散和 相环环~环果表明~未退火的 Fe,Si 薄膜界Borisenko V. E., Semi-Conducting Silicides[M], Sprnger面 清晰~环 873 K;600 ?,退后~界面附近 Series in Materials Science. New York: Springer -Ver,Fe、Si 原子 环始相互环散~环 973 K;700 ?,
后富相
Fe 形~而 1073 K;800 ?,退火
of the Electrical of β-FeSiFilms on Si(001) by High- FeSi~度当温增加至 1273 K;1000 ?,后~所有2
Temperature Annealing [J]. Jpn. J. Appl. Phys. Part2,硅化 物完全环环环富硅相 α-FeSi~退火
2000, 39(3A/B): L233.升 高~Fe、Si 原子环互环散增
Schfer H. C., Rsen B., Moritz H., et al., Gas Source覿觟[8]学 环量比的 Fe-Si 合物~且薄膜中迁移原子Molecular Beam Epitaxy of FeSi/Si (111) Heterostruc,2环 环由 Fe 环环 Si。同环指出~环于磁控环射方法制 tures[J]. Appl. Phys. Lett., 1993, 62(18): 2271.的 Fe/Si 系环~在未火及低退火的环温品中~ 薄[9]Tassis D. H., Dimitriadis C. A., Brini J., et al., Low膜有化环氧象~退火度随温加~由于高
属氧并物被环逐环环~环品中的氧含量逐Appl. Phys. Lett., 1998, 72(6): 713.环减少最后完全消失。氧的存在延环了硅化的环[10]Valassiades O., Dimitriadis C. A. and Werner J. H., ~使得各环硅物相形成温度均高于中献 Galvanomagnetic Behavior of Semiconducting FeSi2
在此基上~环采用磁控环射方法~成功地 [11]Okajima K., Wen C., Ihara M., et al., Optical and制环了环相的 β-FeSi薄膜~并且环其环射工 环、2 Electrical Properties of β -FeSi/Si, β -FeSi/InP Het22环环理环、薄膜的环构、形貌、
erojunction Prepared by RF -Sputtering Deposition [J]. 3环环[12]Jpn. J. Appl.Phys. Part1, 1999, 38(2A): 781.
+As - implantation on the formation of iron silicides in环上所~环环理度温是影响 β-FeSi相形成2 Fe thin films on (1 1 1)Si[J]. Applied Surface Science,的主要因素。此~Fe 膜环的法和件以及厚沉条 2003: 212-213: 204.度环 β-FeSi的形成所需的环环理工环件有条着2 [13]Liu Z. X., Okoshi M. and Hananbusa M., Formation of 要的影~因~环了在环响品中得到环一的 β-β -FeSiFilms by Pulsed Laser Deposi tion Using 2 FeSi~需要环合考环以上各环因素~才能得到高 环2Iron Target[J]. J. Vac. Sci. Technol. A, 1999, 17(2): 619.量的环境友好半体β-FeSi薄膜。2 [14]周幼环~环培祥~环环~环光~
β -FeSi/Si(111) [J]薄膜的工条件, 中激光国2参
[15]33(9) 1277.[1]Christensen N. E., Electronic structure of β -FeSi[J],2
Effect of rapid thermal annealing on the structure of ion2008, 31(5): 593.
[22] 万~环泉~环晋敏~肖清泉~梁环~曾武环,环硅化 合珺beam synthesized β-FeSi[J]. 2003, 69: 2物 β-FeSi
[23] 环万珺~β-FeSi能环
环士环文~2007.con using Fe-Ti-Si diffusion couples[J]. J. Appl. Phys.,
[24] 环晋敏~新型环境半环材体料 β-FeSi的制环及光环 性环1995, 78(1): 599.2 [17]研究[D].环州大学博士环文~2008.Okajima K., Wen Ch., Ihara M., Sakata I., Yamada K.,
Optical and electrical properties of β-FeSi/Si, β-FeS, 2
i/InP heterojunction prepared by RF-sputtering deposi,2作者环介tion[J]. Jpn. J. Appl. Phys., 1999, 38: 781.
[18]Chu S., Hirohada T., Kan H., Room Temperature 1.58 环道京;1984-,~男;族,~环州六环
究μm Photoluminescence and Electric Properties of 生。主要究环域研,环子功能材料。Highly Oriented β -FeSiFilms Prepared by Mag,2 环晋敏;1963-,~女;环族,~四川环人~博士~netron -Sputtering Deposition [J]. Jpn. J. Appl. Phys.,副教 授~环士生环环。主要究环域研,环功能材。2002, 41: 299.王 衍;1983-,~;环族,~江环泗阳
生。环晋敏~泉~梁环~曾环,Fe/Si 薄膜中硅化物的形 [19]主环域研,环子功能材料。成及化氧[J],材料究环研~2008~22;3,,297,朱培强;1985-,~环泰安人~环士研究。主要研Zhang J. M., Xie Q., Zeng W. X., Liang Y., Zhang Y., 环域,环子功能材料。[20]Yu P., Tian H., The effects of annealing on atomic in, 环 站;1985-,~男;环族,~山环曲阜人~环研究生terdiffusion and microstructures in Fe/Si system. Chi,主究域研,环子功材料。nese Journal of Semiconductors[J]. 2007, 28(12): 1888. 环环 泉;1964-,~男;环族,~湖南邵阳~博士~晋敏~泉~环~环~环射参数环 Fe-Si 化合 教授~[21]博生环环~主要究环域研,环子
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
环米遭遇医学新挑环粒子白环可被
环米技环在环域的医环用是近年究环来研点,尤其是环将粒子作环一环环物环环工具
,仿生环米粒子在环入人环胞后,其表环着的蛋白环被环环会蛋白环 L 降。 相环研究 成果环表在 科学研家的
9 月 22 日《ACS 环米》
利用环米粒子将治环用白分子环送到胞内,是环米技环在环环域医有很前途的环用之一。 环米子往往 会
,通常是蛋白环,以定环米粒子环入环后的作用。 而英国学研利物大的究人环环究 研确环,在多环胞中,
,而核内体的环环蛋白环 L 会降解环粒子外的至环重要的裹蛋白环。 环环文的作者之一,利物浦大学粒子都环
?环环博士表示,利用米粒子作环环物环工具是有很前途的
,但要使环环的生物环奏效,粒子环蛋白就要保持高度完整,但环蛋白环 L 的降解作用致环效将会
环一环无环环行的环米技环环用学研究提出了新的挑环, 意味未来内任何环胞环米环件的环环都要 考环环蛋白环 L 的降解作用,在环环环要环其能环环核内体,要环使其具有抑制环环蛋白环成分。 环研究 环目的首席究环,利浦大的学?利环博士表示,他环环在可以快速、量地量环米粒子的置和状环, 环有
环此一环环, 环助环研究的英国生技环和生物科究学研会委环的席环行官道格拉斯?环环教授环环, “
,有可能会推环各环技的环展,其在物环域中的学一些环用已表明好 很的环展前景,例如利用环环十分吸
DNA 到特定位置以环环瘤。 而如利物浦大环行的学基环研究, 于推环环米医学断不向前,以米技环引环
,确学保环一科有一正真来美好的未。 ”保环人环它
来 源 ,《科
金属硫化物半导体薄膜的制备方法__--毕业论文
诚信声明
本人重明:所呈交毕业论文,是本人在指导教师的指导,独立进行研究工作所取得的成果。文中已注明引的内容外,本文不包含何其他人或集体已经发表过或撰写过的作成果。本文的研究做出要贡献的人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人全意识到本明的法律责任,
2013年 5月 25 日
目 录
第一
1.1 半导体纳米材料的概述 ............................................................. 1
1.2.1硫化物半导纳米材料的基
1.2.2 硫化物半导体
1.2.3 硫化物半导体
1.3 论文的研究目的和意义 ............................................................ 5
第二
2.1 实验试剂 .................................................................................... 7
2.2 实验仪器 ................................................................................... 8
2.3 实验方法 ................................................................................... 8
基
APTS SAMs的组装 .................................................................... 8
InS纳米薄膜的制备 ................................................................. 8 23
2.4验
3.1 APTS SAMs 对InS纳米薄
3.2 络合剂对InS纳米
3.3 InS纳米薄膜的晶体
3.4 InS纳米薄膜的光学
结 论 ................................................................................................... 14 参考文献 ............................................................................................... 15 致 谢 ................................................................................................... 17
金属硫化物半导体薄
—InS纳米薄膜的制
专业:高分子材料与程 姓名:** 指导
摘 要 本文以InS纳米薄膜作为研对象~采用化学浴沉
有自组装单分子层的表面备InS纳米薄~研究了自组装单
合剂TEA对InS纳米粒成膜情况的影响。结果表明:自组装
高质量InS纳米薄膜的生非常重要。InS纳颗粒在APTS表面
颗粒尺寸均一~表面平整InS纳米薄膜~在裸露的ITO导
不能形成致密的薄膜,TEA 对生成高质量的InS纳米薄膜有很
当铟源、硫源和TEA为1:3:2时~能生成非致密的薄膜。同时考
纳米颗粒在单分子层表
关键词:InS自组单分子层~化学
ABSTRACT
Taking In2S3 as the research object, In2S3 thin films were prepared on the
self-assembled monolayers(SAMs) modified substrates by the chemical bath
deposition. The effects of SAMs and the condition of reaction on the deposition of the thin-films material were systematically investigated. The results demonstrated that the SAMs and complexing agent (TEA)play a key role in
the deposition of In2S3 thin film. The continuous and compact In2S3thin films with good adhesion were prepared on the substrate modified by APTS SAM, but no compact film on the bare ITO surface. Moreover,compact films were
successfully prepared in the system with molar ratio of In3+,sulfur and TEA =
1:3:2. The deposition mechanisms of In2S3 thin film on APTS SAMs surfaces were systematically studied.
Keywords: In2S3, self-assembled monolayer, chemical bath deposition
第一章 绪论
1.1 半导体纳
早在1782年,A.Volta 通过实验区分了电性能介于金属和绝缘体之间的“半导体”,在提交给英国皇家学会的一篇论文中首先使用“半导体”一。现在着社会的进步,半导体材的应用已与每个人的生活息息相关。半体材料的阻率介于导体和
-57电子和空穴作为载流导电。室温时,导体电阻率约在10,10欧?米之, 它们一般具有负的电阻率温度特,并具有光
[1]光伏效应及整流特性等。因,研究和开发新型的、高性能半导体材料不仅具有重大的科学意义,同也能推动国民济乃至人类文明的发展。因,研究开发出性能优良的新型半导体发光材料然成为了切需要。二元或三半导体硫属合物如InS、 NiSe、23CuS、 CuInS等材料都非常重要的半导体功
电池、催化、发光、压、磁性材料、线性非线性光学仪器等领域具非常广泛的应用前景,是本领研究热点
1.2.1硫化物半导体米材料的基
1.光学性质
硫化物半导体纳米粒子所有的超快速线性光学响应和光致发光等特性受世人青睐。其独特的光学性能于两个方
1
一方面是量尺寸应影的能带结构;另一方是极大的比表面积以及面性质。通常当半导体纳米粒子尺寸与其激子玻尔半径相近时,限的晶格结构足以构筑宏观半导体所具有的连续能带结构,随着半导体纳米粒子尺寸的减小,能级发生裂。纳米晶的能带宽度能级分裂程度控制,因而以通过调节纳米晶的尺寸加以调。这种能级结构与尺寸的相关性使得人们可以通过改变纳米的尺寸调纳米晶的性能,不改变纳晶的组成、物相。级的离散效应带来了半导体纳米在一些特光谱性方面的根本性化,尤其是与价带有关的光谱性质。通常能级结构对其光谱性质的影响通过吸收光谱和光致发光光谱现出来。比,材料光吸收和荧光发射强显著,峰位也发生明显蓝移,材料的光三阶非线性响应速度得到显
纳米料带众多特性的另一个因素自于其巨大的比表面积。由于米晶具有非常巨大的比表面积,所以也具非常的表面能,这使得其表面化学修饰变得当容易。近期研究表明,硫化物纳米半导体粒子面经过学修饰后,粒子周围介质可以强地影响其光学性质,表现为吸收光谱和荧光光发生移,初步认是由于偶极效应和介
2、电学性质
介电和压电特性是材料的本特性之一。化物纳米半导体的介电行为(介常数、介电损耗)及压电特性同常的半导体
2
的不同
3、光电效应
光电导效,又称为敏应、光电效应。在光发生变化的条件下,导体材料的电学性质相应的也发生变化。当光照射到硫化物导体材料时,材料的电子吸收光子的能量,电子发生跃迁,从价带跃迁到导带,产生一电子-空对。一部分电子由非传态转变为传导态,使半导体材料的电导率增大。光生伏特应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。比如,硅太阳电可以将太阳辐直接转换电能,其原理是半体P-N结效应。照射在电的太阳光硅吸收,如果光子的能等于或大于硅的禁带宽度,将产生电子-空穴对。在界面层电场的作用下,附近电子和空穴发分离运动。空穴向负电的P区运动,子向电的N区运动。电子和空穴的电分离,在P区和N区之间
硫化半体纳米材料的性质取决于他们所包含的的化学分及物理构成,不同尺寸、形状及构的纳米材料有不同的特定化学性质,满足不同需要材料的制备是纳米科技发的基础,也是让纳米材料真正服务社生活生产的需要。硫化物纳米材料优独特物理化学质在科研领域吸
1.2.2 硫化物半
金属硫化物是一类非常重的半导体材料,由于其特殊的物理化学性能和诱人在应用前景而成为当今研究的
3
英国科学家Faraday最先发现半导体AgS的电阻随着温
降低,不于般金属电阻温度升高而增加,这对半导体特性最早的发现。在1874年,德国的Braun观察到某些硫化物的电导与所加场的方向有关,即它的导电具有方向性,在它的两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压性反过来,它就不导电,从而发现导体的整流特。可以说,对化物性质认识不断加深的过程,人们不断认识半导体材料的过。硫化物作为直接禁带半导材料,于们奇特的光学、电、磁学、学、催化等性能得了众多领域的应用。比如:ZnSCdS受光或电子的激发可以发出见光,常被用于制造荧光粉;而PbS的带宽较窄,在近红外区域,被用于制作红外传感器;CuS在阳光谱范围具有很好光伏响应,可以用制作太能电池等等。因此硫化物半导体在我的生产与生活中起到了越来
1.2.3 硫化物半
1.2.3.1水热法
水热是在密封压力容器的高温高压环境中,以水作反应介质,制备研究材料的一种法。低温(度在,,,,,,?之间) 水热合成反应更加受到人们的青,即可到处于非平衡状态的介稳物质,又可使反应温度较低有利于产的规模工业
虽然水热法有许多优点,但也有其身局限性,最
4
能用于氧化物或少硫化物的制,这一问题的存在使得水溶剂反应和溶剂热合成
溶剂热反水热反的展,它与水热反应不同之处在于所使用的剂为有机溶剂而不是水。在溶剂热反应中,一种或几种前体溶解在非水溶剂中,在液相或超临界条件下,反应物分散在溶液中并且变的比较活,反应发,产物缓慢生成。该程相对简单而且易于控制,并且在密闭体系中可以有效的止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。另外,物相的、粒径的大小、态也能控制,且产物的分性较好。在溶剂热条件下,的性质(度、度、分散作用)相互影响,变化很大,且其性质与通常条件下相差很大。相应的,反应物(通常是固体)的解、分散化学反应性大大的提高或强,使得反应能够在较低的温度下生。 1.2.3.3辐
辐射学成法是电离辐射使水溶液或其它溶液生成了溶化电子,在这样的反应体系中不需使用还原剂就还原金属离子,降低其合价,经成核生长形成产物颗粒。目前要的射源为γ,射线和紫外线。有可在常温常压条件下,产物粒度大可控,制备周期等优点,还避免
1.3 论文的研
InS作为一种中等带宽半导体材料, III-VI族硫
占有极其重要位置。硫化通常存在三种不同的
5
立方)、β- InS (陷尖晶石, 以立方
[5]InS (层六方)。β- InS的带隙约在2.0-2.3 eV左右,
应用力的光电材料. 由于化铟消光系数高,已经被应用于太阳电池中,比如Cu(In,Ga)Se太阳电池中
根据关研表明,材料尺寸和形貌对材性能和应用也起着至关重要的作。然而材料的制备方法在很大程度上能够影响材的尺、形貌、晶及结构。近年来,大量科研工作一直致力于采用不同方法来制备具有不同形貌、尺寸晶体结构半导体发光材料。 无纳米粒子的貌、大小对光学、电学等其它性能有决定性的影响。前,备InS纳米膜的方法主要有化学气沉积法、分
延法、连续子层吸附反应法和化学沉积法。在这些方法中,尽管匀、高质量的薄膜可通过物理技术制备,代价贵,化学沉积法是一个简单,低温,利于大面积成膜,而且化学浴沉积是一个慢的程,更利晶体结构的提高。而,用化学沉积法制备InS23薄膜的质量和特性对工参数化相当敏感,因此寻找合适制备参
根据这一思路,本文采用学浴沉积法在组有自组装单分子层的表面制备InS米薄膜,研究了自组装单分子
InS纳米颗粒成膜情
6
第二章 实验部分
2.1 实验试剂
表 1
实验药品 规格 生厂家 In(SO)AR
TEA AR 国药集团 TAA AR 国药集团 3-氨丙基三乙氧基硅烷 AR 北京化品司 HSO AR 天津
丙酮 AR 天津星月化工 异丙醇 AR 天津星月
7
2.2 实验仪器
表 2 实仪器 型号 生产厂
X射线能谱仪 PHI5702
冷场射扫描电镜 JSM-5600LV 日本电子光学公司 UV-Vis分光光度计 U-3010型 日本电子光学公司 ITO导电玻璃 深圳斯普瑞电材料公
2.3 实验方法
基底的预处理
2将ITO导电玻璃裁2×2cm小,并依次放入丙酮、异丙醇、超纯水中超声洗涤10min,N吹干,待
APTS SAMs的组装
将净而干燥的ITO导电玻置于含有3mM APTS的无水甲醇溶液中组装3 h,取放干净的无水甲醇中以洗去表面未组装分子,N吹干,
InS纳米薄膜
将0.2589g In(SO)、0.1127g CHCSNH (TAA)和一
N(CHCHOH) (TEA)溶解在50mL中,形成透明澄清的
加0.1mol/L的HSO调节pH值为2.2-2.3,待化学浴沉积
8
净、干燥并组装有APTS的ITO导电玻璃基或放入该溶液中,80?下反应。反应束将基底取出,超纯水冲洗去除表面散的颗粒,N
2.4实验表征
利用Riga Ka D/max-RB型X射线衍射仪(Cu Kα) (XRD)及PHI5702多功X射线能谱仪(XPS)进行薄膜的晶体结和物相组成分析;利用日本电子光学公司JSM-5600LV场发射扫描电(FESEM)进行薄膜表面形貌分析;利用日本U-3010型UV-Vis分光光度计进行薄
9
第三章 结
3.1 APTS SAMs 对InS纳米薄膜
图1为InS在裸ITO导电玻璃表
ITO导电玻璃表面分别生的纳米薄膜的FESEM图。从图中可以清晰地看到,裸ITO导电玻璃表面上形成的InS纳米薄膜不
有上层,下层颗粒尺寸较小,上层由颗尺寸较大的团聚体组成,有堆积现象(图1a);而在APTS SAMs修饰ITO导玻璃表面形成一层常均匀的InS纳米薄膜。这主
果,APTS是一种非重要的硅烷偶联剂,这使InS纳米成
匀。
(a) 裸露ITO导电玻璃表 (b) APTS SAMs修的 ITO导
图1 不同表面制备的InS纳米
3.2 络合剂对InS米薄膜的影
图2是在络合剂TEA不同浓下在APTS SAMs 修饰的ITO导电玻璃表面制的InS纳米薄膜的FESEM图。从图
(b) ITO电玻璃-APTS SAMs表没有被形成的InS纳
10
覆盖,(c)、(d) InS纳米薄膜已将表面全覆盖。我们可知,
浓度的降低,在APTS SAMs修饰的ITO导电玻璃表面制
纳米颗粒的密度越大,后形成致密均匀
当不加络合剂时,由反应速率太快,膜表面出现了
以络合剂TEA的浓度最
(a) (b)
(c) (d)
图 2 络合剂(TEA)不同浓度制备的InS纳米薄膜的SEM图 23
(a) 1:3:3 (b) 1:3:2 (c) 1:3:1 (d) 1:3:0
11
3.3 InS纳米薄
图3 InS纳米薄膜
InS纳米薄膜的XRD谱图,反映了产物
222、400、440、444晶面的衍射峰信号
[15-20]这明所制备
处出现了较强的峰,表生成的InS沿440方向优先取向
3.4 InS纳米薄
图4化学浴沉积制备InS的薄膜紫外-可见吸
图4为化学浴沉积制InS的薄膜的外-可见吸收光
中可以看出, InS纳薄膜有很好的吸光
后,的透射率急剧增加,波长继续增加透射率仍可以维持在一比较高的水平之上。由于太阳光谱能量分布主要集中在500~700nm的范之内,所以在这个范围内具有透射率InS非
12
薄膜太阳能电池的缓冲
13
结 论
在本文中采用化学浴沉积在组装有自组装分子层的表面制备InS纳米薄,利用FESEM、XRD及紫可见吸光度
表征。果表明:在APTS SAMs修饰ITO导电玻璃表面形成的InS23纳米薄膜比裸露ITO导电玻璃表面更加均匀; 络剂TEA的浓度最佳比为1:3:1;而且表面形成的InS米薄膜500nm以
的光度。由于时间关系,没对该体系进行更一步的研究,希望以后能够有机会进一的善。也希望所取得的成果能够为其他究人员提供一
14
参考文献
[1] Hodes, G. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 17778. doi: 10.1021/jp803310s [2] Kamat, P. V. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 18737. doi: 10.1021/jp806791s [3] Kamat, P. V.; Tvrdy, K.; Baker, D. R.; Radich, J. G. Chem. Rev.2010, 110, 6664. doi: 10.1021/cr100243p
[4] Mora-Ser, I.; Bisquert, J. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3046. doi: 10.1021/jz100863b
[5]Liu, Y.; Xu. H. Y.; Qian, Y. T. Crystal Growth & Design 2006, 6,1304. doi: 10.1021/cg0504298
[6]万群.半导材料浅释.北京:化学工业出版社,1999.-[4]刘恩
生.半导体物理学.北京:国防
[7]贺东江.半导体料的分类及应用.
[8]嵇天浩,孙家跃,杜燕等.分散型无机纳粒子——制备、组装
科学出版社,2009.
[9]杨树人,王宗昌,
[10]唐爱伟,滕枫,王敏等.II-VI族导体量子点的发光特性
展.液晶与显示,2005,20(4):302-308.
[11]李世国,新中,范坪等.卞导体S子点及应J4J概述.科技信
29:439-454.
[12] Semonin, O.; Luther, J. M.; Choi, S.; Chen, H. Y.; Gao, J.;Nozik, A. J.; Beard, M. C. Science 2011, 334, 1530. doi:10.1126/science.1209845
[13]Rühle,S.;Shalom,M.;Zaban,A.ChemPhysChem2010,11,2290.doi:
10.1002/cphc.201000069
[14] Shi, J. F.; Fan, Y.; Xu, X. Q.; Xu, G.; Chen, L. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 857. [史继富, 樊 晔, 徐雪青,徐 刚, 陈丽华.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201202204
[15] Hodes, G.; Cahen, D. Accounts Chem. Res. 2012, 45, 705.
doi:10.1021/ar200219h
[16] Qiu, W. M.; Xu, M. S.; Yang, X.; Chen, F.; Nan, Y. X.; Zhang, J.L.; Iwai, H.; Chen, H. Z. J. Mater. Chem. 2011, 21, 13327. doi:10.1039/C1JM11616A [17] Hara, K.; Sayama, K.; Arakawa, H. Solar Energy Mater. SolarCells 2000, 62, 441. doi: 10.1016/S0927-0248(00)00027-1
[18] Sarkar, S. K.; Kim, J. Y.; Goldstein, D. N.; Neale, N. R.; Zhu,K.; Elliott, C. M.; Frank, A. J.; George, S. M. J. Phys. Chem. C.2010, 114, 8032. doi:
15
10.1021/jp9086943
[19]Gan, X.; Li, X.; Gao, X.; Qiu, J.; Zhuge, F. Nanotechnology2011, 22, 305601. doi: 10.1088/0957-4484/22/30/305601
[20]Hu, L. H.; Dai, S. Y.; Weng, J.; Xiao, S. F.; Sui, Y. F.; Huang, Y.;Chen, S. H.; Kong, F. T.; Pan, X.; Liang, L. Y.; Wang, K. J.J. Phys. Chem. B 2007, 111, 358. doi: 10.1021/jp065541a
16
致 谢
四年的学习即将结,感颇深,收获丰厚。经过近半年的时间,我的毕业文终于告一落了。在论文的写作过程中,有很多困难,无论是在理论习阶段,还是题目的拟定、相关书籍的查阅以及后面的开题和细节研究。首先,我要感谢我的指老师,学习间,我得到了老师的精心导。老师治学谨,学识渊博,想深邃,视野雄阔,为我营造了一良好的精神氛围。授人以鱼不如人以渔,置身其间,耳濡目染,潜移默,我不仅接受了全新思想观念,立了宏伟的学术目标,领会了基本的思考方式,掌握了通研究方法,而且还明了许多待人接物为人处世的道理。其严以律己、宽以待人的崇高风范,朴实无华、平易近人的人格魅力,与无微不至、感人至的人文关怀,都给我留了深深的印象,也深的影响我。在以后的工作中,我决心像老师一做一个有知识、有文化的优秀
最后,衷心感于百忙之中评阅文的各位老师专
17
金属硫化物半导体薄膜的制备方法 --毕业论文
诚信声明
本人郑重声明:所呈交毕业论文,是本人在指导教师的下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外,本文不包含何其他人或集已经发表过或写过的作品果。对文的研究做出重要献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本完全意识到本声明法任,结果由本
声明人签字:________________
2013年 5月 25 日
目 录
第一章 绪论 . ......................................................... 错误!未定义书签。
1.1 半导体纳米料的概述 ............................ 错误!未
1.2.1硫化物半导体纳米材料基本特性错误!未定义
1.2.2 硫化物半导体的发展概况 ............. 错误!未定
1.2.3 硫化物半导体的制备方法 ............. 错误!未定
1.3 论文的研究的和意义 ........................... 错误!未
第二章 实验部分 . ................................................... 错误!
2.1 实验试剂 . .................................................... 错误!
2.2 实验仪器 . ................................................... 错误!
2.3 实验方法 . ................................................... 错误!未定义书签。 基底预处理.............................................. 错误!未定义书签。 APTS SAMs的组 ................................... 错误!未定义书签。 In 2S 3纳米薄膜的制备 ................................. 错误!未
2.4实验表征 . .................................................... 错误!
第三章 结果与讨论................................................ 错误!
3.1 APTS SAMs 对In 2S 3纳薄的响 . ..... 错误!未
3.2 络合剂对In 2S 3纳米薄膜的影响 . ............. 错误!未
3.3 In2S 3纳米薄膜的晶体结构 . ...................... 错误!未
3.4 In2S 3纳米薄膜的光学性能 . ...................... 错误!未
结 论 . ..................................................................... 错误!定义书签。 参考文献 . ................................................................. 错误!未定义书签。 致 谢 . ..................................................................... 错误!未
金属硫化物半导体薄膜的制备
—In 2S 3纳米膜的制备及性
专业:高分子材料与工程 姓
摘 要 本文以In 2S 3纳米薄膜作为研究对象,采用化学浴沉积在组装有自组装分子的面制备In 2S 3纳米薄膜,研究了自组装单分子层和络合剂TEA 对In 2S 3纳颗粒成膜情况的影响。结果表明:自组单分子膜对高质In 2S 3纳米的生成非常重要。In 2S 3纳米颗粒在APTS 表面能形颗粒尺寸均一,表面平整的In 2S 3纳米膜,而在裸露的ITO 导电玻璃表面能形成致密的薄膜;TEA 对生成高质量的In 2S 3纳米薄膜有很大的影响,当铟源、硫源和TEA 为1:3:2时,能生成非常致密的薄膜。同时察了In 2S 3纳米颗粒在单分子层面成
关键词:In 2S 3, 自组装单分子,学
Taking In2S3 as the research object, In2S3 thin films were prepared on the self-assembled monolayers(SAMs ) modified substrates by the chemical bath deposition. The effects of SAMs and the condition of reaction on the deposition of the thin-films material were systematically investigated. The results demonstrated that the SAMs and complexing agent (TEA )play a key role in the deposition of In2S3 thin film. The continuous and compact In2S3thin films with good adhesion were prepared on the substrate modified by APTS SAM, but no compact film on the bare ITO surface. Moreover ,compact films were
successfully prepared in the system with molar ratio of In3+,sulfur and TEA = 1:3:2. The deposition mechanisms of In2S3 thin film on APTS SAMs surfaces were systematically studied.
Keywords : In2S3, self-assembled monolayer, chemical bath deposition
第一章 绪论
1.1 半导体纳米材料的
早在1782年,A.V olta 通过实验区分了导电性能于金属和绝缘体之间的“半导体”,并在提交给英皇家学会的一篇论文首先使用“半导”一词。在随着社会的进步,半导材料的应用已与每个人的生活息息相关。半导体材料的电阻率介于导体和绝缘体间,依靠电和空穴作为载流子导电。室时,半导体电阻率在10-5~107欧·米间, 它们般具有负的电阻率度特性,并具有光电导应、光伏特效应及流性等[1]。因此,研究和开发新型的、高能的半导体材料不仅具有重大的科学意,同时也能经济至人类文明的发展。因此,研究开发出性能优良的新型导体发光材料俨然成为了迫切需。二元或三元半导体硫属化合物如In 2S 3、 NiSe 、CuS 、 CuInS 2等材料都是非常重要的导体功能材料,其在阳能电池、催化、发光、压电、磁性材、线性非线学仪器等领域具有非常广泛应用前景,本领研究
1.2.1硫化物半导纳米材料的基
1. 光学性质
硫化物半导体纳米粒子具有的超快速非线性光学响应和光致光等性倍世人青睐。其独特的光学性能源于两个方
一方面是受量子尺寸效应影响的能带结构;另一方面是极大的比表面积以及表面性质。通常当半体纳米粒子尺寸与激子玻半相近时,有限的晶格结构不足以构筑宏观半导体所具有的连续能带结构,随着半导体纳米粒子尺寸减小,能发生分裂。纳米晶的带宽度受能级分裂程的控制,因而可以过调节纳晶的尺寸加以控。这种能级结构与寸的相关性使得们可以通过改变纳米晶的尺寸来调控米晶的性能,而不改变纳米晶的成、物相。级离散应带来了半导体纳米颗粒在一些特征光谱性方面的根本性变化,尤其与价带有关的光谱性质。通常能级结构对其光谱性质的影响通过吸收光谱光致发光光谱表现出来。如,材料的光吸收和荧光发射强度显著增强,峰位发生明显,材料的光学三阶非线性响应速度到著的
纳米材料带来众多特性的另一个因素来自于其巨大的比表面积。由纳米晶具有非常巨大的比表面积,所以也有常大的表面能,这使得其表面化学修饰变得当容易。近期研表明,硫化物纳半导体粒子表经过学饰后,粒子周围的介可以强烈地影响其光学性质,表现为吸收光谱和荧光光谱发红移,初步认为是由于极和介电限域效应
2、电学性质
介电和压电特性是材料基本特性之一。硫化物纳米半导体的介电为(电、介电损耗) 及压电特性同常规的半导
的不同
3、光电效应
光电导效应,又称为光敏效应、光电效应。在光照发生变化的条件下,半导体材料的电学性相应的也发生变。当光射硫化物导体材料时,材料的电子吸收光子的能量,电子发生跃迁,从价带跃迁到导带,产生个电子-穴对。一部分电子由传导态转变为传导,使半导体材料的导率增。光生伏特效指半导体在受到照射时产生电动势现象。比如,硅太阳能电池可以太阳辐射直接转换为电能,其理是半导P-N 结应。照射在电池上的太阳光被硅吸收,如光子的能量等于或大于硅禁带宽度,将产生电子-空穴对。在界面层电场的作用下,附近电子和空穴发生分离运动。空穴带负电的P 区运动,电子向带正电的N 区动。电子穴的电荷分离,在P 区和N 之间生
硫化物半导体纳米材料的性质取决于他们所包含的的成分及物理构成,不同尺寸、形状及结构的纳米材料具有不同的特定化学性质,满足不同需要料的制备是米科技发展基,是让纳米材料真服务社会生活生产的需要。硫化物纳米材料优异独的物理化学性质在研
1.2.2 硫化物半导体的发
金属硫化物是一类非常要的半导体材料,由于其特殊的物理化学能和人
英国科学家Faraday 最先发现半导体Ag 2S 电阻随着温度的上升而降低,不同于一般金属的电随温度升高而增加,是对半体特最早的发。在1874年,德国的Braun 观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关,即它的导电具方向性,在的两端加一个正向电压,是导通的;如果把压性反过来,它就不导电,从而发现导体的整流特性。以说,对硫化物性质认不断加深的过程,正人们不断认识半导体材料的过程。硫化物为直接禁带半导体材料,由于它们奇的光学、电、磁、力学、催化等性能得到众多领域的应用。比如:ZnS 和CdS 受光照或电子束的激可以发出可见光,常被用于制造荧光粉;而PbS 的带宽较窄,在近红外区域,用于制作红外传感器;CuS 太阳光谱范围内具很好的光伏响应,可以用于作太阳电池等等。此化物半导体在我们的生与生活中起了越越重
1.2.3 硫化物半导体的制
1.2.3.1水
水热法是指在密封压力容器的高温高压环境中,水作为反应介质,制备研究材料的一种方法。低温(温度在25~200℃之) 水热合反应更加到们青睐,即可到处于非平衡状态的介稳相物质,又可使反应温度较低有利产
1.2.3.2溶剂
虽然水热法有许多优点,但也有其身局限性,最明显的
能用于氧化物或少数硫化物的制备,这一问题的在得非溶剂反应和溶剂热合成技术应
溶剂热反应是水热反应的发展,它与水热反应的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶而不是水。在剂热反中,一种几种前驱体溶解在非水溶剂中,在液相或超临界条件下,反应物分散在溶液中且变的较活泼,反应发生,产物缓慢生成。该程相对简单而易于控制,并且在密闭系中可以有效的止有毒物质的挥和制备对空气敏感的前驱体。外,物相的形成、粒径的大、形态也控制,产物的分散性较好。在溶剂热条件下,溶剂的性质(密度、黏、分散作用)相互影响,变化很大,且其性质与通常条件下相差很大。相应的,反应物(通常是固体)的溶解、分散及化学反活性大的提增强,这就使得反应能够在较的度
1.2.3.3辐射化学合
辐射化学合成法是电离辐射使水溶液或其它溶液生成剂化电子,在这样的反应体系中不需要使用还原剂就可还原金属离子,降低化合价,经成生长形成产物粒。目前要辐射为γ-射线和外线。具有可在常温常压条件下,产物粒度大小可,制备周期短等优,
1.3 论文的研究目的和
In 2S 3作为一种中等的半导体材料, 在III-VI 族硫族半导体占有极重要
立方) 、β- In 2S 3 (缺陷尖晶石, 以立方四的结构形式存在) 和γ- In 2S 3 (层状六方) [5]。β- In2S 3的带隙约在2.0-2.3 eV右, 是一很有用力光电材料. 由于化铟消光系数较高,已经被应用于太阳电池中, 比如在Cu(In,Ga)Se2阳
根据相关研究表明,材料尺寸和形貌对材料性能和应用也起着至关重要的作用。然而材料的制备方在很大程度上能够响材料尺、形貌、晶形及结构。近年来,大量科研工作者一直致力于采用不同方法来制备具有不同形貌、尺及晶体结构半导体发光材料。 无纳米粒子的形貌、小对光学、电学等它性能有定性的影响。目,制备In 2S 3纳米薄膜的方法要有化学气相沉积法、分子束外延法、连续离子层吸附反应法和化学浴积法。在这,管均匀、高质量的薄膜可通过物理技术制备,代价昂贵,化学浴沉积法是个简单,低温,有利于大面积成膜,而且化学浴沉积是一个慢的过程,更于晶体结构的提高。然而,化学浴沉积法制备In 2S 3薄膜的量和性对工艺数化相当敏感,因此寻找合适制备参的究
根据这一思路,本文采用化学浴法在组装有自组装单分子层的表面制备In 2S 3米薄膜,研究了装单分子层和络合剂TEA 对In 2S 3纳米颗成
第二章 实验部分
2.1 实验试剂
表 1
生产厂家 国药集团 国药集团 国
北京化学品公司
天津星月化工
实验药品
3-氨丙基三乙氧基硅烷 H 2SO 4 丙酮
AR AR AR AR AR
AR 天津星
AR
天津星月化工
2.2 实验仪器
表 2
实验仪器 型号
X 射线衍射仪 Riga Ka D/max-RB型 X 线能谱 冷
生产厂家
PHI5702 JSM-5600LV
日本电子光学公司
U-3010型 日本电子光
深圳迪斯普瑞光电材料
2.3 实验方法
基底的预处理
将ITO 导电玻璃裁成2×2cm 2大小,并依次放入丙酮、异丙醇、超水中声洗
将洁净而干燥的ITO 导电玻璃于有3mM APTS 的无水甲醇溶液中组装3 h ,取放入干的无水醇以洗去表面未
将0.2589g In 2(SO4) 3、0.1127g CH 3CSNH 2 (TAA)和一定量的 N(CH2CH 2OH) 3 (TEA)溶解50mL 水中,形透明澄清的溶液,滴加0.1mol/L的H 2SO 4调节pH 值为2.2-2.3,
净、干燥并组装有APTS ITO 导电玻璃基底或放入该溶液中,80℃下反应。反应
2.4实验表征
利用Riga Ka D/max-RB型X 射线衍射仪(Cu Kα) (XRD)及PHI5702功能X 射线能谱仪(XPS)进行薄膜的晶体构和物相组成分析;利用日本电子光公司JSM-5600LV 场发射扫描电镜(FESEM)进行薄膜表面形貌分析;利用日本U-3010型UV-Vis 分光度行薄膜的光学特
第三章 结果与讨论
3.1 APTS SAMs 对In 2S 3纳米薄膜
图1为In 2S 3在裸露ITO 导电玻璃表面和修饰有APTS SAMs 的ITO 导玻璃面分别生成的纳米薄膜的FESEM 图。从图中可以清晰地看,在裸露ITO 导电玻璃表面上形成的In 2S 3纳米薄膜不均匀,有下两层,下层粒尺寸较小,层由颗粒尺寸较大的团聚组成,且有堆积现象(1a );而在APTS SAMs修饰ITO 电玻璃表面形成一层常均匀的In 2S 3纳米薄膜。这主要是APTS SAMs 的作用果,APTS 是一种非常重的烷偶联,这使In 2S 3纳米成膜
(a) 裸露ITO 导电玻
图1 不同表面制备的In 2S 3纳米薄膜的FESEM 图
3.2 络合剂对In 2S 3纳米薄膜
图2是在络合剂TEA 不同浓度下在APTS SAMs 修饰的ITO 导电玻璃表面制备的In 2S 3纳米薄膜的FESEM 图。从图中可看
覆盖,(c)、(d) In2S 3纳米薄膜已将表面完全覆。们可知,随着TEA 浓度的降低,在APTS SAMs 修饰的ITO 导电玻璃表面备的In 2S 3纳米颗粒的密度大,最后形成密匀的膜。但从(d)可以出,当不加络合剂时,由于反应速率太快,薄膜表面出现了积现象,所以络合剂TEA
(a)
(b)
(c) (d)
图 2 络合剂(TEA )不同浓度制
(a) 1:3:3 (b) 1:3:2 (c) 1:3:1 (d) 1:3:0
3.3 In2S 3纳米薄膜的晶
图3 In2S 3纳
In 2S 3纳米薄膜的XRD 谱图,反映了产物的晶相成结构。311、222、400、440、444晶面的衍射峰信号与JCPDS 32-0456相符合,这说明所制备样的主要成分立方β-In 2S 3结构[15-20]。在2θ = 48.1°处出现了较强的峰,表明生成的In 2S 3440方向优先取
3.4 In2S 3纳米薄膜的光
图4化学浴沉积制备In 2S 3的薄膜的紫外-可见吸
图4为化学浴沉积制备In 2S 3的薄膜的紫外-可见吸收光。图中可以看出, In 2S 3纳米薄有很的吸光度。当光的波长大于500nm 后,光的透射率急剧增,波长继续增加透射率仍可以维在个比高的水平之上。由于阳光谱能量分布主要集中在500~700nm的范围之内,所在这个范围内具有高透率In 2S 3非常
薄膜太阳能电池的缓冲层和窗口层
结 论
在本文中采用化学浴沉积法在组装有自组装单分子层的表面制备In 2S 3纳米薄膜,利FESEM 、XRD 及紫外可见吸光度进行了表征。结果表明:在APTS SAMs修饰的ITO 导电璃表面形成的In 2S 3纳米膜比裸露ITO 导电玻璃面更加均匀; 络合剂TEA 的浓度最佳比为1:3:1;且表形成的In 2S 3纳米薄膜500nm 以下有良好的吸光度。由于时间关系,没有对该体系进行更进一步的研究,希以后能够有机会进一步的完善。也希所取成果能够为其他研究人员提供
参考文献
[1] Hodes, G. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 17778. doi: 10.1021/jp803310s [2] Kamat, P. V. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 18737. doi: 10.1021/jp806791s [3] Kamat, P. V.; Tvrdy, K.; Baker, D. R.; Radich, J. G. Chem. Rev.2010, 110, 6664. doi: 10.1021/cr100243p
[4] Mora-Ser, I.; Bisquert, J. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3046. doi: 10.1021/jz100863b
[5]Liu, Y .; Xu. H. Y .; Qian, Y . T. Crystal Growth & Design 2006, 6,1304. doi: 10.1021/cg0504298
[6]万群. 半导体材料. 北京:化学工业出版社,1999.-[4]刘恩科,朱秉
[7]贺东江. 半导体材料的分类及
[8]嵇天浩,孙家, 杜海燕等. 分散型无机纳米
[9]杨树人, 王宗昌,王兢. 半导
[10]唐爱伟,滕枫,王敏等.II-VI 族半导体量子点的发光特及其应研进
[11]李世国,王新
[12] Semonin, O.; Luther, J. M.; Choi, S.; Chen, H. Y.; Gao, J.;Nozik, A. J.; Beard, M. C. Science 2011, 334, 1530. doi:10.1126/science.1209845
[13]Rühle,S.;Shalom,M.;Zaban,A.ChemPhysChem2010,11,2290.doi: 10.1002/cphc.201000069
[14] Shi, J. F.; Fan, Y.; Xu, X. Q.; Xu, G.; Chen, L. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 857. [史继富, 晔, 徐青, 徐 刚, 陈
[15] Hodes, G .; Cahen, D. Accounts Chem. Res. 2012, 45, 705. doi:10.1021/ar200219h
[16] Qiu, W. M.; Xu, M. S.; Yang, X.; Chen, F.; Nan, Y. X.; Zhang, J.L.; Iwai, H.; Chen, H. Z. J. Mater. Chem. 2011, 21, 13327. doi:10.1039/C1JM11616A
[17] Hara, K.; Sayama, K.; Arakawa, H. Solar Energy Mater. SolarCells 2000, 62, 441. doi: 10.1016/S0927-0248(00)00027-1
[18] Sarkar, S. K.; Kim, J. Y.; Goldstein, D. N.; Neale, N. R.; Zhu,K.; Elliott, C. M.; Frank, A. J.; George, S. M. J. Phys. Chem. C.2010, 114, 8032. doi:
10.1021/jp9086943
[19]Gan, X.; Li, X.; Gao, X.; Qiu, J.; Zhuge, F. Nanotechnology2011, 22, 305601. doi: 10.1088/0957-4484/22/30/305601
[20]Hu, L. H.; Dai, S. Y .; Weng, J.; Xiao, S. F.; Sui, Y . F.; Huang, Y .;Chen, S. H.; Kong, F. T.; Pan, X.; Liang, L. Y.; Wang, K. J.J. Phys. Chem. B 2007, 111, 358. doi: 10.1021/jp065541a
致 谢
四年的学习生活即将结束,感受颇深,收获丰厚。经过将半年的时间,我的毕业论文终于告一段落了。论文的写作过程中,有很多困,论是在理学习阶段,还是在题目的拟定、相关书籍的查阅以及后面的开题和细节的研究。首先,我要感谢的指导老师,学习期间,我得到了老的精心指导。老治严谨,学识渊博,思深邃,视野阔,为我营造种良好的精神氛围。人以鱼不如授人以渔,置身其间,耳濡目染,潜移默化,使我仅接受了全新的思想观念,树立了伟的学术目,了基的思考方式,掌握了通用的研究方法,而且还明了许多待人接物与为人处世道理。其严以律己、宽以待人的崇高风范,朴实无华、平易近人的人格魅力,与微不至、感人至深的人文关怀,都给我留下了深深的印象,也深深的影响了我。在以的工作中,我心像老师一样做一个有识、有文化优秀科
最后,衷心感谢于百忙之中评阅文的各位老师专家、
17
真空方法制备有机半导体薄膜
真空方法制备有机半导体
一、 实验目的
1、 掌握真空蒸发台的
2、 掌握有机半导体薄膜的制
二、 实验仪器及
硅片 CuPc,坩,样品架及蒸
三、 实验内容
制备衬底温度分别为 50°, 80°, 110°和室温下的 Cupc 薄膜, 并用 AFM 观察其形貌特性,台阶仪测试薄膜生长与温度的关系
1. 清洗硅片, 使用无水乙声 15mins 左右, 之后用去离子水清洗, 用 气吹水滴,最放入烘箱进行烘干;用天平称取 Cupc20mg ,作
2. 清洗蒸发台,将蒸发台升起后仔细擦拭玻璃窗以内;将样品架取 下 ,擦洗,超
3. 待硅片烘干后,将硅片放置架上,其中选取两片作为参考片,分别 用于 AFM 膜厚测,随后蒸发模板;在坩埚内放好 CuPc 样品, 检查台子无题
4. 打开扩散泵, 抽取真空至 3*10-3pa ,埚温
5. 变换衬底温度分别为室温, 50°, 80°, 110°,重复
6. 待温度达到要求后,打
7. 打回挡板,关闭扩泵,冷却后关闭
五.测试
取得样品测试 AFM 形特性与台阶仪厚度
半导体纳米材料的制备方法
摘要:讨论了当前国内外主要的几种半导米材料的制备工艺技术, 包括物理法和化学法两大类下的几种,机球磨法、控溅射法、电纺丝法、溶胶胶法、微乳液法、模板法等, 并分析了以上几种纳米
关键词:半导体纳米粒子性;半导体纳米材料;溶胶一凝胶法; 机械球磨;磁控射法;电纺丝法;微乳液法;模板法;金属有机物化学气
半导体材料(semiconductormaterial )一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间,电阻率约在1mΩ·cm~1GΩ·cm范内)。相于导体材料而言, 半导体的电子动能较低, 有较长的德布罗意波长, 对空间限域比较敏感。半导体材料空中某一方向的寸限制与电子的德布罗意波可比拟时, 电子的动被子化地限制在离散的本征, 从而失一个空间自由度或减少了一维, 通常适体材料的电子粒子为此材料中不再适用。这种然界不存在, 通能带工程人工制造的新型功能材料叫做半体纳米材料。知, 半导纳米粒子结构上特点(原子畴尺寸小于100nm, 大比例原子处于晶界环境, 各畴之存在相互作用等) 是导致半导体纳米材料具有特殊性质的根本原因。半导体纳米材料独特的使其将在未来的各种功能器件中发重要作用, 半导体米材料的制备是目前研究的热点一。本讨论了半导纳材料的性质, 综述了几种学法制备半导纳米材的原
2. 半导体纳米粒子的基本
2.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直的方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直成反。随着颗粒直径变小,表面积将会显著增大,明表面原子所占的百数将会显著地增加。对直径大于0.1微米颗粒面效应可忽略不计,当寸小于0.1微米时,其表面原子百分数激剧增长,甚至1克超微颗表面积的总和可高达100平方,这时的表面效应将不
随着纳米材料粒径的减小,表面原数
时,表面原子数为完整晶粒原子总数的20%;而粒径为1nm ,其表面原子百分数增大到99%;此时成该米晶粒的所有约30个原子几乎全部分布在面。由于表面原周围缺少相邻的子:有许多悬键,有饱和性,易与其他原相结合而稳定下来,故表现出很高的化学活性。随着粒径的减,纳米材料的表面积、表面及表面结合能都迅
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的,若用高倍率电子显微镜对金超颗粒(直径为2*10-3微米)进行电视摄像,实时观察现这颗粒没有固定的形态,随时间的变化会自动形成各种状(如立方八面体,十体,二十面体多李晶),它既不同于一固体,不同液体,是一种准固体。在子显微镜的电子照射下,表面原子仿佛进入了“沸腾”状态,尺寸大于10纳后才看不到这种颗粒结的稳定,这时微颗粒具有稳定的构
因此想要获得发光效率高的纳米材料,采用当方合成表面完好的半导体材料
2.2量子尺寸效应
量子尺寸效应--是指当粒子尺寸下降到某一数值时,费米能级附近的电子能由连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的化程大于热能、光能、电磁能变化时,导致了纳米微粒、光、声、热、电及超特性与常规材料有显的不同。当半导材料体相减到某一临界尺寸(如与子的德布罗意波长、电子的非弹性散射平均自由程和体相激子的玻尔半径相) 以后, 其中的电、穴和等载流子的运动将受强
闭性的限制,同时导致其能量的增加,与此相应的电子结构也从体相的连续能带结变成类似于分的准裂级, 原来的能隙变宽,即光吸收谱向短波方向移动,这就是量子尺寸效应。当能、电场或磁场能比平均的能级间距还小时, 超微颗粒就会现一系列与宏观物体截不同的特性, 客观表现为光谱会向短波方向移动,催化活性化。XuSh-ming 等[2]其合成半导体纳米线阵列的紫外可见吸收光表明, 随着半导体米线直径减小,其吸收边相对于体相蓝移的幅度增加,显示了明显的量子尺寸效应。子尺寸效应是未来微电子、光电子器的础, 当子器件进一步微小化时,必考量
2.3介电限域效应
当用电容率较小的材料修饰导体纳米材料表面时,带电的半导体纳米粒子发出的电场线很容穿过电容率比自己小的包覆层。因此,屏蔽效应减小,带电粒子间的库仑作力增强,结果强了激子的结合能振子强度,引量子点子结构变化。量点中的电子、空穴和激子等载流子受之响,这种现象称为介电限域应。对于超微粒子来说,随着粒径减小,和块体相比红移和蓝移同时起作用,一般导蓝的电子2空穴空间限起主导作用,因而主要察到的为量子寸效应。但是当对超微粒表面行化修饰后,如果半导体材料和包覆材料介电常数相差较大,便产生明显的介电限域效, 屏蔽效应减弱,半导体材料和包覆料的介电常数差越大, 介电域效应越强,红移越大。表面效引起的能量变化大于由于空效应所引起的变化时,超粒的表观带隙减小,反应到吸收谱上就表现出明显的现。成林等人[3]将制得的ZnO/ZnS胶体作为亚相,在亚相表面滴加硬脂酸氯仿溶液, 形成ZnO/ZnS超微粒2硬脂酸复合单分子层。ZnO/ZnS微粒表观带隙为4.04eV ,对应的波长为308nm ,ZnO/ZnS超微粒2硬脂酸复合的表观带隙3.14eV, 对应的波长为361nm, 相于胶体的紫外2可见吸收光谱现了“红移”现象, 这种现象产生的原因硬脂酸单分膜对超微粒子起着面修作, 从而出现了介电限域效应, 起了红移。这种变对纳米粒的应用
3. 半导体纳米材料的主要制
3.1物理法制备
3.1.1机械球
用外部机械力的作用,即通过研,研磨罐和颗粒的频繁碰撞,颗粒在球磨过程中被反复挤压、形、裂、焊合。随着球磨过程的延续,颗粒表面的缺陷密度增加,
采用球磨方法,控制适的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳粒子。其操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒
总之,随着球研磨制备工艺益完善及纳米材料产业化进程,球研磨法作为种重的纳备方法将进一步发挥其工艺简单,低成本,高效率
3.1.2磁控溅
磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气,在阴极(柱状靶或平面靶) 和极(镀膜室壁) 之间施加几百K 直流电压,在镀室内生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离。氩离子被极加速并轰击阳极靶面,将靶材表面原溅射出来沉积在底表上形薄膜。通过更换不同材的靶和控制不同的溅射时间,便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。控溅射法具有镀膜层与材结合、镀膜层致密、均匀
3.1.3静电纺
静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺,聚溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下,针头处的液滴由球形变圆锥形(“泰勒锥”),并圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米
如利用静电纺丝法制备的PI/TiO2微纳米膜,且工艺过程简单,质量可靠,可重复性高,得到电纺丝直径200nm-300nm 。复合PI/TiO2纳纤维,犹豫无纳米纤维具有脆性高,易断裂的特点,以及耐温的聚酰亚胺,予
通过光催化性能试验发现,通过静电纺丝法制备了一种新型光催化材料。通过典放制备的PI/TiO2由于具有较好的光催化
3.2化学法制备
3.2.1溶胶一凝
在诸多纳米粉体的制备法中, 溶胶一凝胶法因有独特的优点而被广泛应用。溶胶是固颗分散液体中形成的胶体, 当移去稳定剂粒子或悬浮液时, 溶胶子形成续的三维网络结构。凝胶由体骨架和连续相组成, 除去液后凝胶收缩为千凝胶, 将凝胶锻烧即成为均匀超细体。该方法的操作过大致如:先将属醇盐或无机盐类协调水解得均相溶胶后, 加溶剂、催化剂和鳌合剂等形成无流动水凝胶, 再在一定的条件下转为均一凝胶, 然后除去有机、和酸, 最后进行干燥处理得到超
溶胶一凝胶法具有许多优点:由于反各组分的混合分子间进行, 所以粉体的粒径小且均匀性高; 反过程易控制, 可得一些其他方难以得到的粉体; 不涉及高温反应, 能避免入
高。但是溶胶一凝胶法在制备粉体过程中同样有许多因素影响到粉体的成性能。因为醇盐的水解和缩聚反应是均相溶液转为溶的根本原因, 故控制盐水解缩聚条件是制备质量溶胶的关键。溶一凝胶法的另一主问题是纳米粒子间发自团, 进而形成较大的粒。引起团聚的原因很多, 国内外已有学者从热力学的角度探讨了溶不稳定性, 认为高分表面剂是较好的纳米粒子
总起来说, 溶胶一凝法制备设备简单、成本低, 适宜大面制膜批量产, 有望成为开发新型纳米功能薄膜材
3.2.2微乳液法
微乳液是由油、水、乳化剂和助化剂组成各相同性、热力学性能的透明或半透明胶体分散体系, 其分散尺寸纳米级。从微观的角度分析, 用表面活性界面膜所稳定的乳液制备超细颗, 此超细颗的特是:粒子表面包裹一层表活性剂分子, 使粒子间不易聚结; 通过选择不同的表面活剂分子可以对粒子表进行饰, 并控制微粒
微乳液法作为一种新的制备纳米材料方法, 具有实验装置简单、操作便、用范围广和能够控制颗粒的粒度等优点。目前方法渐引起人们的重视, 而有关微乳体系的研究日增多, 但研究尚处初始阶段。诸如微反应器内的反应理、应动学、热力学和化学工程有关问题还有待解决, 对微乳液聚合动力学的研究也缺乏统一的认, 对聚合工程设计和控制
完全解决微乳液聚合中高乳化剂含
3.2.3模板法
模板法合成纳米材料是20世纪90年代发展起的项前沿技术。模板指含有高密度的纳米柱形孔洞、厚度为几十至几百微米厚的薄膜。常的模板有:序洞孔阵氧铝板、含有洞孔无分布的高分子模板、纳米洞孔玻璃模板。表2举了应用模板法制
模板法是合成纳米线和纳米管等一维纳米材料的有效技术, 具有良好的可性, 利用其间限作和模剂的调试作用对合成材料的大小、形貌、结构和排列等进行控制; 用孔径纳米级到微米级的多孔材料作为模, 结合电化学法、淀积法、溶胶一胶法和气相淀等技术使物质子或离子沉淀于模板孔壁上, 形成所需的纳米结构[6]。板法制纳米材料具有下列特点:薄膜易制备, 合成方法简; 能合成直径很小的管状材料; 由于膜孔孔径大小一致, 制备纳米材料同具有孔径相同、单分散的结构; 在孔中形纳米管和纳米纤维容易从模板分
3.2.4金属有机物化学气相淀
MOCVD 是复合材料化学气相淀积技术中最新的选择之一[9]。气相外(VPE)为复合材料淀积系统, 而MOCVD 是指用于VPE 系中的源, 见图3的MOCVD 系统示意图。该系统使两种化学物质:卤化物金属有机物。在vPE 中砷化稼(GaAS)的积就一种卤化物工艺, 其热区nl 族卤化物(嫁) 形成, 冷区淀积11工一W 族化合物。在GaAs 的金属有机物工艺中,(CH3)3Ga与As 进入反应室反
GaAS, 反应式为:(CH3)3Ga+AsH3一GaAS+3CH4。虽然MBE 工过程为缓慢, 但MOCVD 工艺能够满足批量生产的需要, 适合较的片基。另外MOCVD 还具制备化学组分的不同多层膜的能;MOCVD 的薄膜组成素均以气体形式进入反应, 通过控制载气流量切换开于控薄膜组分, 薄膜污染程度较小; 以金属有机物为, 低温沉积可降低薄膜中的空位密度和缺陷; 能精确掌握各种气体的量, 控制外延层的成分、导类、载子度、厚度等, 从而获得超
反应势垒低, 制备外延膜时, 对衬底的取向要高。此外, 与MBE 不同,MOCVD 可以在如InGaAsP 这样的器件中积磷。但是MOCVD 有陷, 体现在所用材料成本较高, 毒性大, 因此研究毒性较小有机砷来代替原料
4结束语
在21世纪这一信息时代中, 新品IC 芯片的原型集中于纳米组装体中。管当前半导体纳米材料正处于初始研发阶段, 无论哪种方法合成的纳米材要达到实用化, 都要符表面完整、性能稳定成本低廉等要求。备半导体纳米器依赖于结构料的生长和纳米加工技的进步, 而微结构材料的质量又在很大程度上取决制备方法的差异,此纳米材料制备技术的缺的研与进展将起着举足轻重
5. 参考文献
[1]刘银王静张明旭秦晓英机械球磨法制备纳米料研究
[2]薛华马文义纳米半导体材料西北民
[3]陈莹莹n 型化物半导体微纳米材料的静纺丝法制技术其光
[4]栗野梅安茂忠. 半导体纳米材料的性质及化学法制备[J].半导光电,2003,24(6);382
[5]王占国. 纳半导体材料及其纳米器件研究进展[J].半
[6]王占国. 纳米半导体材料的制备技术汇J]、纳电
转载请注明出处范文大全网 » 环境友好半导体_FeSi_2薄膜的制备方法研究