【摘要】：Te薄膜是一種VI族窄帶隙元素半導(dǎo)體材料,晶格缺陷作為受主使其表現(xiàn)出P型導(dǎo)電性。Te位于Se和Po之間,具有半金屬性,使其表現(xiàn)出多價(jià)性,因此具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。由于具有高導(dǎo)電性,良好的機(jī)械性能,使得Te薄膜具有一系列優(yōu)異的性能,如熱電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、非線性光響應(yīng)、催化活性以及光電效應(yīng)等,可廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,特別是微電子、光電子設(shè)備領(lǐng)域,如氣體傳感器、紅外探測(cè)器和光存儲(chǔ)等。Te薄膜有多種制備方法,例如:分子束外延法、脈沖激光沉積法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)合成法和熱蒸發(fā)法等,目前尚未見到利用磁控濺射技術(shù)制備Te薄膜的報(bào)道,磁控濺射技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):可控性和重復(fù)性好,與襯底附著性好,成膜面積大,可用于大規(guī)模生產(chǎn),被廣泛應(yīng)用到生長(zhǎng)各種薄膜。但是傳統(tǒng)的磁控濺射技術(shù)也有一些缺點(diǎn),濺射過(guò)程中,等離子體中的高能二次電子會(huì)對(duì)不耐轟擊的襯底或者是對(duì)襯底上已經(jīng)沉積的不耐轟擊膜層產(chǎn)生濺射損傷,導(dǎo)致薄膜層出現(xiàn)各種缺陷,對(duì)薄膜性能產(chǎn)生不利影響。此外,由于磁控濺射靶材刻蝕不均勻也會(huì)造成薄膜的生長(zhǎng)不均勻進(jìn)而影響薄膜性能。針對(duì)這些問(wèn)題,本課題組對(duì)傳統(tǒng)的磁控濺射技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn),改進(jìn)后的技術(shù)稱為“能量過(guò)濾磁控濺射”(Energy Filtering Magnetron Sputtering,EFMS)技術(shù)。本文利用EFMS技術(shù)制備了系列Te薄膜,研究了溫度和壓強(qiáng)對(duì)薄膜結(jié)晶、光學(xué)、電學(xué)影響并對(duì)Te/Si異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器性能進(jìn)行了研究。此外我們還利用COMSOL Multiphysics軟件模擬了EFMS技術(shù)過(guò)濾電極對(duì)沉積粒子的能量和運(yùn)動(dòng)方向的影響。具體研究?jī)?nèi)容包括:(1)利用EFMS技術(shù)在石英襯底上制備Te薄膜,采用控制變量法研究了沉積溫度和沉積壓強(qiáng)等工藝條件對(duì)Te薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、電學(xué)性能以及光學(xué)性能的影響。分別用XRD、Raman、SEM、霍爾測(cè)試儀、橢圓偏振光譜儀和UV/VIS/NIR分光光度計(jì)進(jìn)行表征。結(jié)果表明,制備工藝對(duì)Te薄膜的結(jié)晶,光學(xué)性能以及電學(xué)性能都有影響。(a)在100℃時(shí)薄膜結(jié)晶較好,表面顆粒顆粒相對(duì)較大且比較均勻,并且此時(shí)載流子濃度較高。在200℃時(shí),薄膜表面由顆粒狀變?yōu)榻诲e(cuò)分布的棒狀結(jié)構(gòu),此時(shí)Te薄膜的消光系數(shù)最小,透過(guò)率較高,折射率最低。(b)壓強(qiáng)系列中在0.75 Pa時(shí)薄膜結(jié)晶較好,從SEM圖中可知,此時(shí)薄膜顆粒大小不均勻且有團(tuán)簇現(xiàn)象,在1.0 Pa時(shí)薄膜顆粒大小相對(duì)均勻。0.75 Pa時(shí)薄膜透過(guò)率相對(duì)較高,在1.5 Pa時(shí)薄膜的折射率最低。(2)利用EFMS技術(shù)在Si襯底上制備了Te薄膜,同樣采用控制變量法研究了沉積溫度和沉積壓強(qiáng)等制備工藝對(duì)Te薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、光電性能的影響。分別用XRD、SEM、Raman進(jìn)行表征。結(jié)果表明,襯底影響薄膜的結(jié)晶取向且溫度和壓強(qiáng)對(duì)薄膜結(jié)晶質(zhì)量有較大的影響,100℃所制備的薄膜質(zhì)量較好,溫度不變時(shí)壓強(qiáng)為1.0 Pa時(shí)薄膜質(zhì)量較好。通過(guò)EFMS技術(shù)合成高質(zhì)量的Te薄膜,采用原位工藝法制備出Te/Si異質(zhì)結(jié)器件,研究了所制備器件的光電特性,結(jié)果顯示Te/Si異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器對(duì)405 nm-1300 nm的波長(zhǎng)范圍的光具有較高的靈敏度。(3)在本課題組研究成果的基礎(chǔ)上利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)沉積腔室電磁場(chǎng)分布進(jìn)行模擬仿真,模擬了沉積腔室內(nèi)沉積粒子的能量和以及各種粒子在沉積腔室內(nèi)的分布情況,我們知道電子主要分布在襯底附近,離子主要集中在靶材附近,此外我們還模擬了電壓對(duì)等離子體的直流放電粒子能量和粒子分布的影響,電壓越高,電子所獲得的能量越大,較高的電壓下激發(fā)的氬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大,但在較低的電壓下,氬離子數(shù)密度較高。
【圖文】：

1 緒論如圖 1.1 所示為Te的三維晶體結(jié)構(gòu)[15]，其結(jié)構(gòu)為六邊形結(jié)構(gòu)，空間群為P3121）[17-18]。Te具有獨(dú)特的手性鏈晶格，其中Te原子呈螺旋狀排列，同一上的相鄰原子旋轉(zhuǎn) 120°，且每個(gè)Te原子與相鄰最近的兩個(gè)Te原子通過(guò)共價(jià)合。螺旋鏈沿c軸方向彼此平行排列，六邊形晶格是通過(guò)在六邊形的中心位邊緣的六個(gè)角放置一個(gè)螺旋鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)的，螺旋Te鏈?zhǔn)怯晌⑷醯姆兜氯A力連接1.2 Te 的晶體結(jié)構(gòu)

和邊緣的六個(gè)角放置一個(gè)螺旋鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)的，螺旋Te鏈?zhǔn)怯晌⑷醯姆兜氯A力連接在圖 1.1 Te 的晶體結(jié)構(gòu)。（a）晶體的螺旋鏈排列在一個(gè)六角形晶體結(jié)構(gòu)和（b）沿 c 軸視圖，表明三角形螺旋鏈相鄰原子具有 120°的角度。一起的。其中晶格常數(shù)大小為a = b = 4.33 ，c = 6.05 。此外，Te的單層膜有三種結(jié)構(gòu)[16]，分別為ɑ-Te，β-Te，γ-Te[16]，這三種結(jié)構(gòu)可以類比MoS2的晶體結(jié)構(gòu)，如圖 1.2 所示為α-Te，β-Te，，γ-Te的晶體結(jié)構(gòu)，由圖可以看出，α-Te具有 1T-MoS2樣的結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞中含有三個(gè)Te原子，存在兩種不同配位數(shù)（nc）的Te原子，
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN304;TB383.1

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本文編號(hào)：2588797