nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合薄膜和SnS薄膜的制备及其特性研究

作     者：郝培风 

作者单位：陕西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高斐

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：nc-Si:(Al2O3+SiO2)薄膜 热电特性 Seebeck系数 SnS薄膜 光致发光 

摘      要：本论文分两部分,第一部分研究了nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合热电薄膜。采用真空热蒸发在石英上蒸镀一层Al膜并在空气中退火的方法制备nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合膜,利用X射线衍射仪(XRD)、环境扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了薄膜的结构特性,用光致发光(PL)研究了它的光学特性,并用自制的热电性能测试仪对薄膜的热电特性进行了研究。第二部分研究SnS薄膜。在玻璃衬底上,以SnS粉末为蒸发源,采用真空热蒸发法并在N2中退火处理制备SnS薄膜。利用XRD、SEM、能谱仪(EDS)、紫外近红外光谱仪(UV-VIS-NIR)和光致发光谱研究了SnS薄膜的结构特性和光学特性。本论文得出主要结论如下： 1.通过对XRD谱的分析得到经退火样品中Al已完全被氧化,同时出现了纳米晶硅(nc-Si)。由Scherrer公式估算出嵌于复合膜(nc-Si:(Al2O3+SiO2)中的nc-Si的平均尺寸约为25 nm,由nc-Si峰位得到其晶格常数为0.316nm;2.通过对样品的Ranman谱的分析并估算得到复合膜中Si的晶化率约为96%,Si几乎完全晶化;3.通过对已沉积样品膜厚和退火后样品的横截面SEM图所显示的膜厚的比较得出,已沉积薄膜中的Al在退火过程中向下扩散到石英衬底里;4.在波长为325 nm激发下,nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合薄膜光致发光的波长范围为480 nm-780 nm,这来自缺陷发光和nc-Si发光;5.在293 K-413 K温度范围内,nc-Si:(Al2O3+SiO2)复合膜的Seebeck系数绝对值和电阻率均有下降趋势,为n型导电,该复合膜的Seebeck系数在293 K与413 K分别时为-624μV和-225μV,在温度为293K时热电功率因子为7.62x10-5 Wmm-1K-2;6.已沉积的SnS薄膜的结晶性良好,200℃下退火的样品的结晶性最好,SnS晶粒尺寸约为15.4 nm,在不同的退火温度下SnS晶粒尺寸无明显变化;7.退火温度高于400℃时,样品中出现了Sn2S3次生相;8.随着退火温度的升高,SnS薄膜表面粗糙度增大;9.退火前后的SnS薄膜的光学带隙几乎没有变化,在200℃下退火的SnS薄膜的光学带隙约为1.39 eV;10.不同条件下制备的SnS薄膜在波长为325 nm激光激发下,没有带间发光(约950 nm),但发出波长为498nm和530nm发射光,推断为缺陷中心发光。