锑(Sb)掺杂SnS薄膜的制备及结构与光电特性

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本文采用真空蒸发法在玻璃衬底上制备Sb掺杂Sn2S3薄膜,在氮气保护下对薄膜进行不同条件的热处理,获得了性能良好的正交晶系Sn2S3多晶薄膜。主要研究内容及结果如下:
   ⑴XRD分析显示:采用Sn:S混合粉末比例为1:1.2(at%)制备出的薄膜,经T=380℃、400℃、430℃,t=40min热处理都可获得正交结构的Sn2S3薄膜,最佳热处理条件为380℃处理40min,相应的平均晶粒尺寸约为76.71nm。
   ⑵在相同温度条件下,掺Sb可明显减少热处理的时间。5%(质量比)掺Sb制备的薄膜在T=380℃,t=30min热处理后,可得到晶相结构完整的Sn2S3多晶薄膜,平均晶粒尺寸为56.91nm。
   ⑶SEM分析给出,Sn2S3薄膜表面颗粒大小均匀,膜面致密,有轻微颗粒聚集现象。能谱分析给出:Sn2S3薄膜体内化学计量比为1:1.49,与标准计量比非常接近。掺Sb为5%的Sn2S3薄膜体内Sn与S化学比例为1:0.543,化学计量比偏离较大锡过量。
   ⑷XPS分析给出:Sn2S3薄膜表面Sn与S比例为1:1.4;掺Sb为5%的Sn2S3薄膜表面Sn与S比例为1:0.17,化学计量比偏失较大。Sn2S3薄膜中的Sn和S以Sn2+、Sn4+、S2-的形式存在,Sb元素显示正5价。
   ⑸Sn2S3薄膜有良好的光吸收特性,在500nm以下对光完全吸收,直接光学带隙在1.9-2.3eV。掺Sb5%后的Sn2S3薄膜光吸收非常强,相应的直接光学带隙为1.56eV。
   ⑹制备的Sn2S3薄膜导电类型均为n型,未掺Sb的薄膜电阻很大约为105Ω;掺Sb后约降低近三个数量级,适量的Sb掺杂能明显改善Sn2S3薄膜的电学特性。
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