czt纳米薄膜的结构与表面形貌(定稿)-2

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1、真空蒸发沉积CdZnTe纳米薄膜的结构与形貌*基金来源：国家自然基金50772091，第一批中国博士后科学基金特别资助基金，凝固技术国家重点实验室自助研究基金通讯作者：介万奇作者简介：周昊(1986-)，男，江苏盐城人，在读硕士，师承介万奇教授从事光电信息功能材料研究。周昊，介万奇，查钢强，高俊宁（西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072）摘要：本文采用真空蒸发沉积技术在ITO玻璃上制备得到CdZnTe纳米晶薄膜，并利用台阶仪、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和原子

2、力显微镜（AFM）研究了CdZnTe薄膜厚度、成分、结构和形貌特征。实验结果表明：薄膜在（111）面表现出明显的择优生长特性。在薄膜生长初期，纳米薄膜中存在一定程度的非晶态富集Te，但随着沉积时间延长，薄膜成分向化学计量比逼近，结构也向闪锌矿CdZnTe转变。薄膜表面形貌平整，粗糙度Ra约为2-5nm。随着沉积时间的延长，薄膜形貌由晶粒堆砌状向多晶层片连接状转变。在沉积时间分别15min、30min和45min时，薄膜的厚度依次分别约为100nm、300nm和500nm而薄膜的晶粒平均尺寸依次分

3、别为43.15nm、30.81nm和71.94nm。关键词：CdZnTe薄膜；纳米；结构；形貌中图分类号：TN304.2文献标识码：A1.引言CdZnTe是一种光电性能优异的II-VI族化合物半导体，具有吸收系数高，禁带宽度与太阳光谱相匹配等优点。因此，CdZnTe多晶薄膜被用来制备CdS-CdZnTe太阳能顶电池[1]。此外由于载流子在CdZnTe薄膜内的漂移距离短，可以有效地提高收集效率，因此CdZnTe薄膜可用于制备高性能低成本室温X射线探测器及γ射线探测器[2]。CdZnTe薄膜既可由化

4、学方法制备，也可通过物理气相沉积得到。化学法主要有非水溶剂中的电化学沉积[3]；物理气相沉积中使用最多的是热蒸发法[4]，此外还有近空间升华法[5]等。这些方法常被用来制备CdZnTe薄膜探测器，薄膜厚度一般为几百微米。薄膜的厚度对其结构和性能有着重要的影响，厚度增加将导致薄膜内的晶格畸变增大，从而影响薄膜的形核与长大。Greenberg[6]研究了不同化合物配比的CdZnTe合金的升华热力学性质。在标准大气压下，1123K时CdZnTe发生升华，随着温度的升高，由于CdTe的优先升华大量缺失，

5、CdZnTe合金会向ZnTe变化。因此，需要选择合适的温度和蒸气压，确保制备得到的薄膜中不含CdTe和ZnTe。本文利用真空蒸发法，研究在薄膜沉积初期，即膜厚500nm以下时的结构与形貌变化。并采用Zn含量较高的CdZnTe多晶粉料做蒸发源，以便更好地控制各组分的分压[7]。2.实验实验采用本实验室合成的高纯CdZnTe多晶粉料为蒸发源[8],以ITO玻璃为衬底。衬底采用0.1%（m/m）的NaOH溶液进行超声清洗，以去除无机杂质。然后进一步采用丙酮和去离子水分别超声清洗，以去除有机杂质，最后用

6、N2吹干后放入真空腔室。采用AMBIOS2XP2型台阶仪对制备的CdZnTe薄膜厚度进行了测试。采用OXFORDISISX射线能谱仪测试了薄膜中的各组分含量。采用PANalytiecalX’pertPRO型X射线衍射仪对CdZnTe薄膜的晶体结构进行了分析，射线入射方式为掠射，入射角为1°。采用SeikoSPI3800-SPA-400原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌。3.结果与讨论3.1薄膜厚度与成分薄膜的厚度与成分随沉积时间的变化如表1所示。表中同时给出了CdZnTe多晶粉末（蒸发源）的成分。

7、表1CZT多晶薄膜与原料中各元素含量及膜厚随沉积时间变化实测结果Table1Thethicknessandcompositionofthefilmsandthecompositionofsource沉积膜时间厚（min）(nm)Cd（at.%）成分Zn(at.%）Te（at.%）(Cd+Zn)/Te原料//41.79（±0.99）8.47（±1.27）49.74（±1.83）1.0CZT-11510018.50（±3.18）10.69（±2.30）70.69（±1.71）0.4CZT-23030

8、027.48（±2.36）11.39（±1.75）61.13（±3.32）0.8CZT-34550036.47（±1.95）9.81（±1.51）53.72（±2.81）0.9结果表明，当沉积时间分别为15min,30min和45min时，薄膜厚度依次分别约为100nm、300nm和500nm。薄膜中的成分配比偏离原料中的配比，呈现不同程度的富Te倾向。随着沉积时间的延长，薄膜中的成分向原料化学配比逼近。CZT-1、CZT-2薄膜中的Te含量超出CdZnTe的固溶范围，不满足化学键的平衡原则。在