CuMS_2（M=In，Ga）薄膜的制备、掺杂及光学特性

【摘要】采用直流磁控溅射法制备Cu-Ga合金预制层,然后在固态硫的气氛中退火,成功的制备出了CuGaS2薄膜。溅射功率分别为15、30、45、60、80和100W的条件进行实验,最终在30W下制备的Cu-Ga合金薄膜原子比符合化学计量比。Cu-Ga合金薄膜在450、500、550和600℃的条件下分别进行硫化处理。薄膜的XRD物相、化学元素组成、表面形貌和光学特性依次进行表征。结果表明退火温度450℃,形成了单一黄铜相结构CuGaS2,成分富铜、贫镓和硫,属于(I42d)空间点群；600℃时晶格常数为a=b=5.3544A,c=10.4707A。不同温度退火的CuGaS2薄膜光学带隙分别为2.31eV、2.34eV、2.40eV和2.46eV,因此拥有宽带隙的CuGaS2是形成中间带的最佳基体材料。Ti掺杂的CuGaS2薄膜也是采取相同的工艺。XRD图谱显示Ti元素的掺杂会使(112)峰向左发生偏移。0.53at.%Ti掺杂CuGaS2光学带隙为2.27eV,0.82at.%Ti掺杂CuGaS2为1.98eV。Sn掺杂的CuMS2(M=In,Ga)薄膜是采用粉末涂敷法制备的,首先通过球磨法制备粉体料浆,然后利用旋涂工艺在衬底上进行涂敷,干燥后在600℃Ar气氛围中进行热处理20分钟。Sn掺杂的CuMS2(M=In,Ga)薄膜的XRD图谱显示CuMS2为黄铜矿结构,并且没有杂相,都属于(I42)空间点群。同时。Sn掺杂CuInS2的(112)峰向左发生偏移,Sn掺杂CuGaS2的(112)峰向右发生偏移。化学成分都为富铜、贫铟/镓和硫。相应的无Sn掺杂CuGaS2的光学带隙为2.41eV、O.41at.％Sn掺杂为2.01eV、1.15at.％Sn掺杂为1.87eV,无Sn掺杂的CuInS2为1.45eV、0.45at.％Sn掺杂为1.15eV、1.22at.％Sn掺杂为1.04eV。
【作者】袁晓军；
【导师】王延来；
【作者基本信息】内蒙古大学，物理电子学，2014，硕士
【关键词】CuMS2（M=In,Ga）；磁控溅射；硫化；旋涂工艺；光学带隙；

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