铟掺杂对窄禁带半导体碲化铋禁带宽度的影响

摘要

窄禁带半导体碲化铋（Bi2Te3）不仅具备室温下优秀的热电性能，也具备良好的红外吸收性能，是一种极具潜力的红外功能材料。现有研究成果已经表明，杂质掺杂能够影响Bi2Te3的热电与红外性能。并且由于Bi2Te3材料的典型层状结构，近年来针对Bi2Te3薄膜的研究一直是一个热点课题。而本论文的主要工作包括利用真空蒸发镀膜工艺制备金属铟（In）掺杂的Bi2Te3薄膜，即InxBi2-xTe3薄膜，并对其进行红外波段吸收与载流子传输的测试实验，从而研究In掺杂对Bi2Te3薄膜的禁带宽度与载流子传输的影响。具体内容如下： 1.首先，利用真空蒸发镀膜工艺制备InxBi2-xTe3薄膜，并对其进行退火处理以优化薄膜质量。然后，使用扫描电子显微镜对InxBi2-xTe3薄膜进行表面形貌观察与元素能谱分析实验，并根据实验结果对薄膜的制备工艺进行优化，从而得到成膜质量良好与化学组分控制精确的InxBi2-xTe3薄膜样品。 2.研究了In掺杂对InxBi2-xTe3薄膜的禁带宽度的影响。利用Tauc关系外推法处理InxBi2-xTe3薄膜在波数为400-4000cm-1的红外波段范围内的透射光谱，从而计算出In掺杂比例不同的InxBi2-xTe3薄膜的禁带宽度。实验结果表明，随着In掺杂比例的提高，即x的数值由0增加到0.22时，InxBi2-xTe3薄膜的禁带宽度由0.15eV减小到了0.11eV，证明了In掺杂对Bi2Te3的禁带宽度的窄化作用。针对这一实验结果，分析与讨论了禁带宽度的窄化原因。 3.研究了In掺杂对InxBi2-xTe3薄膜的载流子传输的影响。实验结果表明，在环境温度由140K到310K的升温过程中，InxBi2-xTe3薄膜的载流子浓度与电导率均呈现增长趋势，而迁移率则是略有降低。而在同一温度环境下，随着In掺杂比例的提高，即x的数值由0增加到0.2时，InxBi2-xTe3薄膜的载流子浓度、迁移率与电导率同样保持增长的趋势。通过分析与讨论InxBi2-xTe3薄膜中点缺陷与载流子的变化状况，对这一实验结果进行了理论解释。

目录

第一个书签之前