真空蒸发（精选七篇）
真空蒸发 篇1
近几年来, 太阳能的光伏利用越来越引起人们的关注, CdTe薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快的1种光伏器件。CdTe是直接带隙材料, 带隙为1.45eV, 它的光谱响应与太阳光谱十分吻合。但是CdTe薄膜因自补偿作用不易实现P型的高掺杂, 这使得它难于同金属形成良好的低欧姆接触。研究发现在吸收层与金属电极之间加一层适当的过渡层能很好的解决这个问题[1,2,3]。它与ZnTe价带偏移小于0.1eV、结构相同、晶格失配小被认为是CdTe太阳电池背接触层的优选材料。ZnTe是一种直接带隙半导体材料, 由于它具有宽能隙、可重掺杂等种种优点使其在薄膜太阳电池、半导体发光器件中得到广泛应用, 其性能的改善和提高也越来越引起人们的关注。因此, ZnTe薄膜的制备和特性研究必将会对这些光电器件的发展应用起到积极的推动作用[4,5]。
本文用真空蒸发方法制备了ZnTe纳米薄膜。通过样品的X衍射图谱和紫外可见吸收的测试, 研究了制备工艺条件对ZnTe薄膜晶体结构和光学特性的影响。
2 实验
2.1 ZnTe的薄膜的制备
将高纯Zn、Te (5N) 在玛瑙研钵中进行充分研磨、粉化, 并分别按原子配比Zn∶Te=1∶1、1∶0.9、1∶0.7配制混合, 置于钼舟中, 并加盖网罩, 待蒸发室抽真空至10-4 Pa以上时进行蒸发。, 调整蒸发源电流和蒸发时间, 在玻璃衬底上蒸发制备纯ZnTe多晶薄膜。最后在自动控温扩散炉中氮气保护下进行不同温度不同时间的热处理。通过一系列的测试分析, 确定出合适的原子配比、蒸发电流和热处理条件。
2.2 性能的测试
用X射线衍射仪对样品进行了测试分析, 根据衍射图谱用谢乐公式计算了样品的晶粒尺寸、晶格常数和晶胞体积, 用UV—3100双光束紫外可见分光光度计测试了样品的透射光谱, 并根据Tauc方程用外推法计算了各样品的光学带隙。用冷热探针对所制备的样品进行导电类型的测试。用薄膜测厚仪对薄膜厚度、折射率进行测试。
3 结果与讨论
3.1 薄膜的的物相结构
样品的XRD测试表明, 未经热处理的样品均呈现非晶态, 热处理后各不同配比的样品均为立方相闪锌矿结构的ZnTe, 并未出现六方晶系的纤锌矿结构。
图1为热处理温度T=500℃、不同原子配比下ZnTe薄膜的X衍射图谱。由图可见, 不同配比下样品的XRD的择优取向均为 (111) 晶向, 其三强峰分别对应 (111) 、 (220) 、 (311) 晶向。随着原子配比中Te含量的增加, 样品的衍射峰逐渐减弱, 并出现了Te单质的衍射峰。分析比较可知原子配比Zn∶Te=1∶0.7的样品比较理想。
根据衍射谱线由谢乐公式:
D=κλ/βcosθ
计算了样品的晶粒尺寸, 式中κ为常数, θ为衍射角, λ为X射线的波长, β为半高宽, 表1为不同原子配比下样品的晶粒尺寸、晶格常数以及晶胞体积。分析发现当Zn与Te的配比从1∶1逐渐变为1∶0.7时, 样品的晶粒尺寸增大, 晶格常数、晶胞体积先增大后减小。
实验发现随着热处理温度的升高薄膜的晶粒尺寸、晶格常数和晶格体积均增大 (表1) 。
3.2 薄膜的光学性质
3.2.1 紫外可见透射谱
利用紫外可见分光光度计对薄膜的透过滤进行测试, 结果表明, ZnTe在可见光区域有比较好的光吸收特性, 而在红外光区域有较高的透射率, 同时, 其光学特性随薄膜的原子配比和热处理温度不同而不同。当高纯Zn与Te的原子配比不同时, 所制备ZnTe薄膜的光学透射性质有所差异。图2为不同原子配比下薄膜的透过率图谱。由图可见, 随着薄膜中Te配比的增加, 薄膜的透过率减小。吸收线红移但不明显。当Zn∶Te=1∶0.7时, 薄膜的透射性较强, 吸收减小。说明薄膜的光学特性与薄膜中Te的物相含量有直接的关系, Te的含量越高, 薄膜的光吸收特性越好, 相反透射性增强。说明Te的过量有利于促进ZnTe的光吸收[6,7]。
薄膜的紫外可见测试表明, 各薄膜在波长小于550nm时透射率较小, 光几乎都被吸收。而当波长大于550nm时随着波长的增加波膜的透过增强。图3为不同热处理温度对薄膜透过率的影响。由图可见, 热处理温度低于400℃时, 对薄膜的透过率影响不大, 而当温度高于500℃时, 透过率明显增强。随着热处理温度升高, 薄膜的透射增强, 但吸收线变化不大。这可能是随着热处理温度的升高, 使薄膜中Te的物相含量减少, 由于Te带隙宽度只有0.33eV, 这窄的带隙几乎可以吸收所有波长的光。
3.2.2 样品的光学带隙
光学带隙与光吸收有直接关系, 根据样品的透射光谱利用Tauc方程用外推法计算了各样品的光学带隙。ZnTe是直接带隙半导体, 所以有:
(αhv) 2∝ (hv-Eg)
作 (αhv) 2～ (hv) 曲线, 则拟合光吸收边在横轴上的截距就是光学带隙宽度Eg。
研究结果表明, 样品的光学带隙随元素配比和热处理温度变化。热处理温度为500℃, 元素配比Zn∶Te=1∶1、1∶0.9、1∶0.7时带隙能量分别为2.107 eV、2.164 eV、2.341 eV, 即随着Te含量的减少带隙能量增大。实验发现随着热处理温度的升高薄膜的禁带宽度减小 (图4) 。
3.3 膜厚、折射率、导电类型与电阻
图5为原子配比Zn∶Te=1∶0.7, 热处理温度T=400℃的ZnTe薄膜的折射率随波长的变化, 由图可见, 随波长的增大折射率减小, 但在波长小于550nm时, 随波长的增大折射率下降较快, 而波长大于550nm时下降趋缓。
实验制备出来的ZnTe薄膜的电阻非常之大, 在MΩ量级上。实验中还测试了不同原子配、不同热处理温度薄膜的导电类型。测试结果显示, Zn与Te的原子配比不同不会影响薄膜的导电类型, 而且不同温度热处理后薄膜的导电类型没有发生变化。不同条件下所制备的样品导电类型均为P型。这一结果与大多数文献的报道是一致的[8,9,10]。
4 结论
(1) 利用真空蒸发制备的ZnTe薄膜均为立方晶系闪锌矿结构, 薄膜普遍存在富Te的现象, 随着Zn∶Te原子配比增大, Te的物相含量逐渐减少, 薄膜逐渐趋近于纯ZnTe的物相。当Zn∶Te=1∶0.7时, 可获得较理想的ZnTe多晶薄膜;
(2) 当Zn与Te的配比从1∶1逐渐变为1∶0.7时, 样品的晶粒尺寸增大, 晶格常数、晶胞体积先增大后减小;
(3) 随着热处理温度的升高, ZnTe薄膜的衍射峰强度增加、晶粒尺寸增大、薄膜的透过率增大;
(4) 薄膜在可见光区域有较好的光吸收特性, 而且过量Te的存在有利于光学带隙的减小、吸收的增强;
(5) 随着Zn∶Te元素配比中Te含量的减少样品的带隙能量增大。随热处理温度的增加带隙能量光学带隙减小。
参考文献
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WLG系列卧式离心薄膜真空蒸发器 篇2
该公司近期研制的WLG系列卧式离心薄膜真空蒸发器可广泛用于天然色素、酵类、抗生素等物料的浓缩,其属高效、低温、高倍浓缩与无污染的蒸发设备。
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WLG系列卧式离心薄膜真空蒸发器 篇3
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WLG系列卧式离心薄膜真空蒸发器 篇4
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