稀土掺杂CdS薄膜的制备及性能研究

摘要

本研究采用化学水浴法在玻璃衬底上制备了纯CdS薄膜和稀土Dy、La掺杂的CdS薄膜,在氮气气氛中,T=300℃、350℃、t=40min条件下对薄膜进行热处理,并采用X射线衍射仪、扫描电镜、紫外可见分光光度计以及X射线光电子能谱仪对薄膜进行了测试,研究了溶液浓度、沉积温度、水浴时间对薄膜性能的影响。实验结果表明：在温度为70℃,时间为30min的水浴条件下,可制备出较理想的纯CdS薄膜。薄膜为立方闪锌矿结构的CdS,沿[111]方向择优生长；XPS分析表明薄膜存在富Cd的情形。稀土掺杂对CdS薄膜的表面形貌、结晶状况以及光学性能等方面都产生了影响。稀土元素Dy的掺杂并未改变薄膜的晶体结构及晶粒生长取向,晶体仍然为立方闪锌矿结构,晶粒依旧沿[111]方向择优生长；但改善了薄膜的表面形貌,使得晶粒更加均匀,薄膜更加致密；还使得薄膜的晶格常数和晶胞体积变大,光学带隙减小；同时Dy的掺入抑制了Cd与O的结合,使Cd、S更接近化学计量比；掺杂稀土元素La之后,薄膜出现了微弱的六方纤锌矿结构,除此之外,在光学、表面分析等其他方面,掺杂La的影响与掺杂Dy相似。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 CdS材料的应用

1.2 CdS薄膜的制备方法与研究现状

1.3 掺杂CdS薄膜的制备方法与研究现状

1.4 本文研究的目的

第二章 理论基础

2.1 CdS材料的性质

2.2 稀土元素的性质

2.3 X射线衍射分析

2.3.1 XRD物相分析

2.3.2 晶面间距计算

2.3.3 晶粒尺寸计算

2.3.4 晶格常数计算

2.3.5 晶胞体积计算

2.4 扫描电子显微镜

2.5 X射线光电子能谱分析

2.6 光学带隙的计算原理

第三章 实验设计

3.1 实验药品

3.2 实验仪器

3.3 样品成膜机理

3.4 样品制备

3.4.1 玻璃衬底的清洗

3.4.2 纯CdS薄膜的制备

3.4.3 稀土掺杂CdS薄膜的制备

3.5 薄膜的热处理

3.6 样品的测试

第四章 实验结果与讨论

4.1 纯CdS薄膜特性

4.1.1 CdS薄膜的表面形貌

4.1.2 CdS薄膜的晶体结构

4.1.3 CdS薄膜的光学特性

4.1.4 CdS薄膜的XPS能谱

4.2 CdS:Dy薄膜特性

4.2.1 CdS:Dy薄膜的表面形貌

4.2.2 CdS:Dy薄膜的晶体结构

4.2.3 CdS:Dy薄膜的光学特性

4.2.4 CdS:Dy薄膜的XPS能谱

4.3 CdS:La薄膜特性分析

4.3.1 CdS:La薄膜的表面形貌

4.3.2 CdS:La薄膜的晶体结构

4.3.3 CdS:La薄膜的光学特性

4.3.4 CdS:La薄膜的XPS能谱

第五章 结论

参考文献

致谢

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