多晶FeS-,2-薄膜電學(xué)性能研究.pdf

1、金屬硫化物在太陽(yáng)能電池、熱電材料以及存儲(chǔ)裝置等領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。其中采用人工合成方法制備的FeS2薄膜具有高的光吸收系數(shù)(λ＜700nm時(shí)，α＞5×105cm-1)、合適的禁帶寬度(Eg=0.95eV)以及良好的環(huán)境相容性，已成為極具潛力的新型太陽(yáng)能電池材料。 電學(xué)性能諸如電阻率、導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等參數(shù)對(duì)于光學(xué)、磁學(xué)及光電轉(zhuǎn)換性能有相當(dāng)重要的影響，也能反映薄膜制備技術(shù)的合理性，值得深入研究。本文采用直

2、流磁控濺射制備Fe膜先驅(qū)體并對(duì)其進(jìn)行熱硫化退火的方法制備多晶FeS2薄膜，著重考察了面缺陷及S/Fe比對(duì)FeS2薄膜載流子濃度及電阻率的影響，綜合分析了硫化時(shí)間、壓力、溫度等制備工藝及摻雜效應(yīng)等因素對(duì)FeS2薄膜電學(xué)性能的影響，并初步提出其影響機(jī)制。主要研究結(jié)果如下： 在研究面缺陷對(duì)FeS2電學(xué)性能的影響中發(fā)現(xiàn)，比表面積在3.7～16.2μm-1范圍內(nèi)和比晶界面積在21～750μm-1范圍內(nèi)的FeS2薄膜中，隨比表面積和比晶界面

3、積增加，薄膜的載流子濃度上升，電阻率下降。FeS2薄膜的表面缺陷和晶界缺陷對(duì)載流子濃度和電阻率等電學(xué)性能的影響機(jī)制大致相同，兩種晶體面缺陷數(shù)量的變化主要通過(guò)改變晶體點(diǎn)缺陷數(shù)量引起薄膜的載流子濃度和電阻率變化。當(dāng)比表面積小于3.7μm-1時(shí)，隨比表面積的減小，載流子濃度反而上升，這是由于此時(shí)其它因素如S/Fe比、FeS2禁帶中缺陷能級(jí)密度，不充分相變產(chǎn)物比例及相變應(yīng)力水平變化等對(duì)電學(xué)性能的影響占主導(dǎo)地位。 S/Fe比對(duì)FeS2電學(xué)

4、性能影響的研究表明，雖然試驗(yàn)條件各不相同，但制得FeS2薄膜的S/Fe比對(duì)其電學(xué)性能有著極為重要的影響。除個(gè)別比表面積特別大即厚度特別小的薄膜由于大量面缺陷的存在表現(xiàn)出明顯高于正常水平的載流子濃度值，其他薄膜均基本符合如下規(guī)律：隨S/Fe比的增大，載流子濃度減小并在S/Fe比約2.2附近達(dá)到最小值，電阻率增大同樣在S/Fe比約2.2處達(dá)到最小。這是因?yàn)殡S著先驅(qū)Fe膜硫化反應(yīng)的充分進(jìn)行即薄膜S/Fe比的逐漸增加，晶體點(diǎn)缺陷減少?gòu)亩鴮?dǎo)致載流

5、子濃度降低。 綜合分析面缺陷、S/Fe比、硫化溫度、硫化時(shí)間與硫化壓力等參數(shù)對(duì)電學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)薄膜載流子濃度對(duì)電阻率的變化趨勢(shì)起主導(dǎo)作用，而面缺陷密度及S/Fe比對(duì)FeS2薄膜載流子濃度變化的影響最為顯著。在FeS2薄膜中點(diǎn)缺陷作為載流子的主要來(lái)源可以用表示如下：N=nschottky+nFrankel+nδ=m0d0Ae-Q1/kaT·Sb+Be-Q2/kT+Cδ。第一項(xiàng)為Frankel缺陷濃度，主要受薄膜中面缺陷密度影響