硫化法制备ZnS薄膜的结构和光学性能研究

采用直流反应磁控溅射法,在玻璃衬底上沉积了ZnO薄膜,然后在H2S气氛和500℃温度下退火制备了六方ZnS薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、UV-VIS分光光度计、扫描电子显微镜(SEM)对样品进行了表征。结果表明:ZnO经0.5 h硫化就能全部生成ZnS,适当提高硫化时间可改善ZnS的结晶性,但硫化时间超过2 h后,结晶性会有所降低;所有制得ZnS薄膜都沿c轴择优生长,其晶粒明显比ZnO更大。此外,这些ZnS薄膜在500~1 100nm波长范围内的光透过率均高达约75%,带隙为3.65~3.70 eV。     

不同温度硫化生长ZnS薄膜的性能

采用磁控溅射方法在玻璃衬底上室温下沉积了Zn薄膜,接着将薄膜在硫蒸气和氩气氛中于200℃预热1 h,然后升温至250~500℃退火1 h。以XRD、SEM、EDS和紫外可见分光光度计对薄膜进行表征,并结合热力学计算结果研究了Zn薄膜硫化生长机理。Zn转变为ZnS的过程包括硫化反应以及S原子和Zn原子的扩散。研究还表明:第一步的200℃预热可在Zn薄膜表面形成ZnS,随后第二步退火的硫化温度对硫化薄膜光透过率、S/Zn摩尔比和结晶性都有明显影响;在大于或等于300℃的硫化温度下制备的ZnS薄膜在400~1100 nm范围光透过率高达约80%,带隙为3.54~3.60 eV,晶体结构为六方。     

Zn沉积时间对低温硫化制备ZnS薄膜性能的影响

采用磁控溅射方法在不同时间下沉积了Zn薄膜,接着先后在200℃和400℃温度下的硫蒸气和氩气氛中进行了低温硫化退火,时间都为1 h,最后得到不同厚度的六方相ZnS薄膜。以XRD、SEM、EDS和紫外可见分光光度计对薄膜进行表征。研究表明:随着Zn沉积时间的增加,硫化制备的ZnS薄膜的晶粒尺寸、光透过率、带隙、S/Zn摩尔比都发生了明显变化,但变化趋势不同。并且,对其低温硫化生长ZnS薄膜的机理进行了讨论。此外,硫化前的抽真空处理可以明显改善ZnS薄膜的质量。所有低温硫化制备的ZnS薄膜在400~1100 nm范围光透过率约为70%,带隙值为3.49~3.57 eV。其中,3 min沉积的Zn在抽真空后低温硫化生长的ZnS薄膜质量最佳。     

ZnO/ZnS核/壳纳米结构的形态及其演变模式

用两步生长的方法在醋酸锌和六亚甲基四胺水溶液中生长ZnO纳米棒阵列,然后以ZnO纳米棒阵列为模板,在Na2S水溶液中硫化0.5～6 h形成ZnO/ZnS纳米结构.用XRD,SEM和TEM表征了ZnO/ZnS核/壳纳米结构的晶体结构、表面形貌.研究了ZnO/ZnS核/壳纳米结构的形态及其转变的模式.在硫化过程中,ZnO首先形成ZnO/ZnS核/壳纳米棒,随着硫化程度的增强,核/壳结构顶部出现空洞,空洞扩展形成管状结构,进一步硫化,管状结构坍塌.硫化形成的ZnO/ZnS结构的形态不仅依赖于初始纳米棒的直径大小和硫化时间的长短,还依赖于纳米棒的分布密度.     

ZnS/CuInS2/Mo/钠钙玻璃衬底上射频溅射ZnO:Al薄膜的SEM研究

结合ZnO薄膜在Cu-Ⅲ-Ⅵ2基薄膜太阳电池上的应用,采用射频磁控溅射技术以陶瓷ZnO:Al2O3为靶材在ZnS/CuInS2/Mo/钠钙玻璃衬底上于固定沉积条件下低温(200℃)制备了铝掺杂氧化锌(ZnO:Al)薄膜.运用扫描电子显微镜研究了底层材料特别是ZnS和CuInS2的生长参数对沉积的ZnO:Al薄膜的表面形貌的影响.实验发现,衬底材料中硫含量的增加(无论来自ZnS还是来自CuInS2),都会引起沉积ZnO:Al薄膜结晶质量的提高,而金属含量的增大将有利于薄膜均匀性的改进.     

ZnS/CuInS2/Mo/钠钙玻璃衬底上射频溅射ZnO:Al薄膜的SEM研究

结合ZnO薄膜在Cu-Ⅲ-Ⅵ2基薄膜太阳电池上的应用,采用射频磁控溅射技术以陶瓷ZnO:Al2O3为靶材在ZnS/CuInS2/Mo/钠钙玻璃衬底上于固定沉积条件下低温(200℃)制备了铝掺杂氧化锌(ZnO:Al)薄膜.运用扫描电子显微镜研究了底层材料特别是ZnS和CuInS2的生长参数对沉积的ZnO:Al薄膜的表面形貌的影响.实验发现,衬底材料中硫含量的增加(无论来自ZnS还是来自CuInS2),都会引起沉积ZnO:Al薄膜结晶质量的提高,而金属含量的增大将有利于薄膜均匀性的改进.     

热氧化制备钠米氧化锌薄膜的光致发光特性研究

报道了热氧化制备钠米ZnO薄膜的光致发光.首先利用低压金属有机化学气相淀积(LP-MOCVD)工艺,在硅(100)衬底上制备了高质量的ZnS薄膜,然后在氧气环境下,在不同的温度下进行热氧化.X射线衍射(XRD)测量表明:在500℃退火的样品ZnS开始向ZnO转变.当退火温度为700℃时,ZnS衍射峰消失,说明ZnS完全地转变成ZnO.制备的ZnO薄膜具有六角纤锌矿型结构,但没有择优取向.在光致发光实验中,随着退火温度升高,紫外发光峰位明显地出现蓝移,而半高宽度(FWHM)逐渐变窄,直到900℃,而1000℃退火的样品出现相反的实验现象.我们认为束缚激子发射在紫外光致发光(PL)中起着重要作用,光致发光的强度与退火温度关系表现为较强的非线性.紫外发光强度与深能级发射之比是20,表明ZnO薄膜的高质量结晶.(OH18)     

ZnS/CuInS2/Mo/钠钙玻璃衬底上射频溅射ZnO∶Al薄膜的SEM研究

结合ZnO薄膜在Cu-III-VI2基薄膜太阳电池上的应用，采用射频磁控溅射技术以陶瓷ZnO∶Al2O3为靶材在ZnS/CuInS2/Mo/钠钙玻璃衬底上于固定沉积条件下低温（200℃）制备了铝掺杂氧化锌（ZnO∶Al）薄膜. 运用扫描电子显微镜研究了底层材料特别是ZnS和CuInS2的生长参数对沉积的ZnO∶Al薄膜的表面形貌的影响. 实验发现，衬底材料中硫含量的增加（无论来自ZnS还是来自CuInS2) ，都会引起沉积ZnO∶Al薄膜结晶质量的提高，而金属含量的增大将有利于薄膜均匀性的改进.     

退火时间对ZnO:Al薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备了Al/Zn原子比为0.1%的ZnO:Al薄膜,在500℃的氩气中进行了1~5h不同时间退火处理,利用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)、透射光谱和四探针法研究了退火时间对薄膜性能的影响.结果显示,退火1h时,样品出现了c轴择优取向,深能级发射(DLE)提高,可见光区光学透过率约为80%,电阻率仅为4×10-2Ω·cm.更长时间退火后,随着退火时间增加,薄膜结晶质量逐渐变差,电阻率逐渐增大.     

退火温度对电子束蒸发的ZnS薄膜性能的影响

为了获得光电性能好的ZnS窗口层薄膜,采用电子束蒸发法在玻璃基片上沉积ZnS薄膜,研究退火温度(200~500℃)对ZnS薄膜的结构和光电性能的影响。结果表明:所制备的薄膜均为闪锌矿结构的β-ZnS多晶薄膜,导电类型为n型。随着退火温度的增高,薄膜结晶度和光电性能都变好。但是,当退火温度过高(500℃)时,薄膜的半导体特性反而变差。退火温度为400℃时,ZnS薄膜的性能最佳,此时薄膜的透过率较高;电阻率较低,为246.2?.cm。     

Preparation and characterization of cubic lattice ZnS：Na Films with （111） preferred orientation

ZnS：Na thin films with （111） preferred orientation were deposited on glass substrates by vacuum evaporation method. The as-prepared films were annealed in flowing argon at 400--500 ℃ to improve the film crystallinity and electrically activate the dopants. The structural, optical and electrical properties of ZnS：Na films are investigated by X-ray diffrac- tion （XRD）, photoluminescence （PL）, optical transmittance measurements and the four-point probe method. Results show that the as-prepared ZnS：Na films are amorphous, and exhibit （111） preferred orientation after annealing at 400 --500 ℃. The PL emissions at 414 nm and 439 nm are enhanced due to the increase of the intrinsic defects induced by the thermal annealing. However, all the samoles exhibit high resistivitv due to the heavy self-compensation.     

ZnS薄膜制备和光学性能研究

采用化学水浴法,以硫酸锌、硫脲、联氨、氨水和去离子水为反应前驱物制备ZnS薄膜。采用SEM、EDS、XRD和透射光谱分析方法,研究反应前驱物中氨水以及联氨的浓度对ZnS薄膜形貌、成分、结构和光学性能的影响,同时对ZnS薄膜的形成机理做进一步分析。结果表明:ZnS薄膜由纳米颗粒组成,这些ZnS纳米颗粒为非晶态结构。ZnS薄膜中S与Zn原子比最大为0.79∶1,薄膜中夹杂少量ZnO或Zn(OH)2。ZnS薄膜在可见光波段的透过率大于80%,禁带宽度为3.74～3.84 eV。氨水和联氨浓度对薄膜形貌、成分和光学性能有较大的影响。当反应前驱物中氨水浓度为0.5～0.8 mol/L、联氨浓度为0.5～1.0 mol/L时,溶液中的化学反应以在衬底上发生的离子-离子反应占主导作用,能在衬底上形成致密且颗粒大小分布均匀的ZnS薄膜,S与Zn的原子比接近1∶1。     

热氧化法制备ZnO薄膜及其特性研究

用热氧化金属Zn膜的方法在Si(111)衬底上制备ZnO薄膜。X射线衍射结果表明,500℃氧化的样品的结晶性能最好。随氧化温度的升高,薄膜内的应力方向在450~500℃之间发生转变,从沿c轴的张应力变为压应力。500℃氧化的样品的室温光致发光(PL)谱中,紫外峰的半高宽为94.8meV,其强度与深能级发射强度之比高达162。氧化温度超过700℃后,样品的PL谱以深能级发射为主,对此现象产生的原因进行了讨论。     

Preparation and characterization of ZnS thin films prepared by chemical bath deposition

Zinc sulfide thin films were prepared by chemical bath deposition technique using zinc sulfate (ZnSO₄·7H₂O) and thiourea [SC(NH₂)₂] as sources of Zn²⁺ and S^2– ions, and ammonia (NH₃) and hydrazine hydrate (N₂H₄) as complexing agents. The structural, stoichiometric proportion, morphology and optical properties of the ZnS thin films were investigated as a function of thiourea and ammonia concentrations using X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM) and UV-visible spectrophotometry measurements. The deposition mechanism is discussed. The results reveal that the ZnS films exhibit poor crystallinity. The ammonia concentration had an obvious effect on the surface morphology, optical properties and deposition mechanism. The S/Zn atomic ratio and optical bandgap of the ZnS thin films first increased and then decreased with increasing ammonia or thiourea concentration.     

基片温度对电子束蒸发的ZnS薄膜性能的影响

采用电子束蒸发在不同基片温度下沉积ZnS薄膜,研究了基片温度对薄膜性能的影响.结果表明:不同基片温度下沉积的ZnS薄膜均呈多晶状态,为体心立方(闪锌矿)结构的β-znS,并具有明显的(111)面择优取向,导电类型为n型.随着成膜时基片温度的提高,薄膜结晶度越来越好,透过率增大,载流子浓度增大,而电阻率减小.     

CIGS太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的制备与表征

以硫酸锌、(NH4)2S2O3混合溶液为前驱体溶液,加入少量的柠檬酸钠和丙三醇为络合剂和分散剂,采用化学浴沉积法在玻璃衬底上成功制备了表面均匀的ZnS薄膜。研究了沉积时间和退火时间对ZnS薄膜质量的影响,并运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光光度计对薄膜进行分析和表征。结果表明:在沉积时间为90m in,退火温度为200℃时制得的薄膜性能较好,晶体结构为纤锌矿结构。制备的薄膜透过率(λ>400nm)约为80%,薄膜的禁带宽度约为3.75eV。通过添加少量的分散剂丙三醇可以改善ZnS薄膜质量。退火温度为300℃,薄膜表面形貌均匀致密。     

直流磁控溅射ZnO薄膜的结构特性

通过改变工作气压、溅射电流、氩氧比等工艺参数,较为系统地探索了用反应式直流磁控溅射法制备ＺｎＯ薄膜的工艺条件,并采用ＸＲＤ和ＡＥＳ对这些薄膜的结构特性进行测试分析,成功地得到了具有ｃ轴择优取向、结晶度高的ＺｎＯ薄膜。