BiSb2-xSe3薄膜的SILAR法制备及表征

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Bi2Se3和Sb2Se3以其材料本身所具有的特点,分别在光电子器件、热电冷凝装置和光信息存储等方面已显示出其优越性。本文采用SILAR法行之有效的将Bi2Se3和Sb2Se3各自的材料特点有机地结合起来,制备方法制备出BixSb2-xSe3三元固溶体半导体材料。通过多次试验探索出一种独创的膜厚试验简易装置,利用该装置在不同工艺条件和参数下制备出大量BixSb2-xSe3薄膜样品,并采用电子探针、XRD、XPS、SEM、AFM、紫外可见分光光度计等测试手段对所得样品的表面形貌、晶体结构、薄膜组成以及禁带宽度等进行了表征分析,得出如下结论:(1)以载波片为衬底,在室温条件下,用SILAR法成功地制备出结构均匀、致密、附着力强且具有金属光泽地BixSb2-xSe3薄膜样品。初步得到了适合BixSb2-xSe3薄膜生长地优化工艺参数:用Bi(NO3)3(pH值为6~6.5)和C4H4KO7Sb(pH值为7.5~8)作为分离的阳离子前驱溶液,Na2SO3和Se粉合成Na2SeSO3作阴离子前驱溶液(pH值为8~8.5)。阴离子前驱溶液中浸泡时间为50秒,阴离子前驱溶液浸泡时间为40秒,去离子水冲洗时间为30秒。(2)三乙醇胺能够有效的控制反应速度,它为均匀、致密、附着力强的薄膜生长提供了保障;循环周期能够方便的控制薄膜厚度,在0.01mol/l的Bi(NO3)3、0.1mol/l的C4H4KO7Sb分别于0.01mol/l和0.1mol/l的Na2SeSO3进行100~150个循环后,BixSb2-xSe3薄膜的厚度可达到1.5~2.0μm。(3)测试结果表明:BixSb2-xSe3薄膜样品的导电类型为n型;电阻率为15~20Ω.cm,方块电阻约为105Ω./;在较佳退火条件(230℃下4小时随炉冷)退火处理后,薄膜的结晶性能得到改善,晶粒由退火前50~60nm增大到70~80nm;此外还发现退火处理可使薄膜的禁带宽度减小。(4)结果分析表明:Bi1.09Sb0.91Se3和Bi1.28Sb0.72Se3薄膜的禁带宽度分别为1.73eV和1.58eV,说明当BixSb2-xSe3薄膜中的Bi组分x增加时,薄膜的禁带宽度随之减小。
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