In Situ matalan lämpötilan CDs-ohutkalvojen Kemiallinen Kylpypinnoitus ilman Paksuusrajoitusta: rakenteelliset ja optiset ominaisuudet

Abstrakti

tässä työssä ohuet CdS-kalvot on talletettu käyttäen kemiallista kylpypinnoitustekniikkaa (CBD). Erilaisia synteesiparametreja, kuten juoksujen määrää, Laskeuma-aikaa ja postannealing-lämpötilaa, tutkitaan ja optimoidaan supersaturaatioilmiön välttämiseksi ja matalan lämpötilan kasvun saavuttamiseksi. CDs ohut kalvot, kuutiomainen rakenne, suuntautunut pitkin (111) suuntaan homogeeninen ja sileä pinta, on talletettu käyttämällä CBD kasvuprosessia ilman hehkutus käsittelyä. Kokeellisten havaintojen perusteella osoitamme, että liuoskylläisyysilmiö voidaan välttää, jos Laskeuma suoritetaan useassa juoksussa lyhyessä Laskeuma-ajassa. Koko CBD-tekniikan aikana on sitten mahdollista paitsi voittaa kalvonpaksuusrajoitukset myös kasvattaa CdS-kalvot yhdessä teknologisessa vaiheessa alhaisessa lämpötilassa ja ilman jälkikäsittelykäsittelyä. CdS-kalvot, joilla on erinomainen rakenteellinen laatu ja hallittavissa oleva paksuus, saadaan, kun laskeumakylvyn lämpötila on kiinnitetty 65°C: seen.lisäksi kerrostetuilla kalvoilla on optinen läpäisykyky, joka vaihtelee 70-95% synteesiparametreista riippuen, ja kaistan eroenergia on noin 2,42 eV. Tässä työssä kehitetystä prosessista voi olla hyötyä CD-levyjen tallentamisessa joustaville alustoille.

1. Johdanto

ohuilla puolijohdekalvoilla on suuri potentiaali ympäristöön ja energiaan liittyvissä sovelluksissa, koska niillä on runsaasti ainutlaatuisia ominaisuuksia . Näistä elokuvista CD-levyt ovat kiinnittäneet tutkimusyhteisön huomion niiden ainutlaatuisten optoelektronisten ominaisuuksien vuoksi, joihin kuuluvat suuri suora kaistan aukko (2,42 eV huoneenlämmössä), erinomaiset optiset ja elektroniset ominaisuudet sekä korkea kemiallinen stabiilius . Lisäksi CdS-yhdiste on yksi sopivimmista kumppaneista heterojunktioisille aurinkokennoille ikkunakerroksena, kun sitä käytetään yhdessä absorberikerrosten kuten kadmiumtelluridin (CdTe), kupari-indiumgalliumselenidin/sulfidin (CIGS) , kesteriittien (CZTS) tai perovskiittien kanssa elektroninsiirtokerroksena . CdS: llä on myös mahdollisia sovelluksia useilla aloilla , kuten fotokatalyysissä , laserissa, valodiodeissa ja kenttäefektitransistoreissa .

CDs-ohutkalvoja voidaan syntetisoida useilla pinnoitustekniikoilla erilaisilla fysikaalisilla ja kemiallisilla menetelmillä , kuten molekyylisuihkuepitaksialla (MBE), sputteroinnilla , lämpöhaihdutuksella , ruiskupyrolyysillä , kemiallisella kylpypinnoituksella , peräkkäisillä ionikerroksen adsorptiolla ja reaktiolla sekä elektrodepositiolla . Näistä tekniikoista kemiallinen kylpypinnoitus (CBD) on yksinkertainen ja halpa menetelmä, jolla voidaan tuottaa yhtenäisiä ja tarttuvia suurpinta-alaisia kalvoja . Tämän jälkeen tämä menetelmä otettiin käyttöön tässä tutkimuksessa esitettyjen CdS-ohutkalvojen valmistamiseksi. Aiempien teosten mukaan CBD-tekniikalla valmistettujen CDs-ohutkalvojen laatu riippuu voimakkaasti erilaisista synteesiparametreista , kuten Laskeuma-ajasta , kylpy-ja hehkutuslämpötilasta , ammoniakkiainekompleksista ja kemiallisten reagenssien pitoisuuksista ,

valitettavasti, kun pyritään syntetisoimaan CDS-ohutkalvoja CBD: llä, esiintyy yleensä kaksi suurta ongelmaa: (i) jälkikäsittely, joka on klassinen välttämätön vaihe kalvon kristallinisuuden parantamisessa, joka yleensä indusoi voimakkaan Cd-lämpödiffuusion ja estää CdS-laskeuman laajentamisen joustaviin substraatteihin , ja (ii) kalvonpaksuuden rajoitus, joka johtuu liuoksen supersaturaatioilmiöstä . Näiden ongelmien ratkaisemiseksi synteesiprosessi on tehty useassa ajossa. Kokeellisten mittausten perusteella osoitamme, että” juoksujen määrä ” on keskeinen parametri, joka vaikuttaa voimakkaasti syntetisoitujen CdS-ohutkalvojen rakenteellisiin, optisiin ja morfologisiin ominaisuuksiin. Moniin raportoituihin teoksiin verrattuna saadut kokeelliset tulokset osoittavat, että haluttu kalvonpaksuus on mahdollista saavuttaa vain säätelemällä jaksojen määrää ja/tai Laskeuma-aikaa. Näin ollen, kun nämä kaksi parametria on optimoitu, ongelma supersaturaation ratkaisu, havaittu kirjallisuudessa, voidaan välttää. Lisäksi ja toisin kuin raportoitu teoksia, tämä tekniikka mahdollistaa kasvaa in situ elokuvia, yhdessä teknologisessa vaiheessa, alhaisessa lämpötilassa ja ilman postdeposition hehkutus hoito. Näin ollen tässä työssä kehitettyä prosessia pidetään asianmukaisena ehdokkaana pyrittäessä tallettamaan CdS-elokuvia sulautetuissa sähköisissä järjestelmissä käytetyille joustaville alustoille.

2. Kokeellinen yksityiskohta

CDs-ohutkalvoja, joita tässä tutkimuksessa käytettiin, kasvatetaan heterogeenisellä reaktiolla CBD-tekniikalla LASIALUSTALLA, jonka koko on 25 mm × 15 mm. Kaksi A-ja B-nimistä ratkaisua on ensin valmisteltu erikseen. Kadmiumin lähteenä pidetty liuos A saadaan sekoittamalla 10-2 M CdCl2: ta ja 3,6 × 10-2 M NH4Cl: ää, kun taas rikkilähteenä pidetty liuos B on 1,7 × 10-2 m: n SC (NH2)2: n ja 3,6 × 10-2 M: n nh4cl: n seosta. Molemmat seokset valmistettiin vesiliuoksessa huoneenlämmössä. Niitä kuumennetaan 45°C: ssa vesihauteessa, kunnes ne muuttuvat läpinäkyviksi, minkä jälkeen ne sekoitetaan jatkuvassa magneettisessa sekoituksessa (300-400 rpm) C-liuoksen saamiseksi. Ennen laskeumaa lasialustat puhdistettiin ultraäänellä asetonissa ja etanolissa, huuhdeltiin tislatulla vedellä, kuivattiin ilmassa ja upotettiin sitten pystysuoraan liuokseen C Pleksilasipitimien avulla. Laskeumamenetelmämme koostuu kemiallisen kylvyn (liuos C) ja substraatin lämpötilan stabiloinnista asianmukaisella arvolla (65°C ± 3°C) ja ammoniakin lisäämisestä pisaroittain pH: n säilyttämiseksi noin 10: ssä. Heti sen jälkeen ratkaisuväri muuttuu läpinäkyvästä oranssiksi, mikä kertoo CD-levyjen kasvun alkamisesta. Sopivan Laskeuma-ajan jälkeen suoritetaan ensimmäinen ajo. Peräkkäiset ajot suoritettiin samoissa olosuhteissa kuin ensimmäinen. On syytä huomata, että kahden peräkkäisen juoksun välillä kasvukalvot eivät käy läpi mitään termistä pyrolyysiä tai jälkikäsittelyä, mutta ne toimitetaan vain ultraäänikäsittelylle, jolla poistetaan huonosti kiinnitetyt CdS-hiukkaset niiden pinnalla ja kuivataan sitten ilmassa. Hehkutettujen CdS-ohutkalvojen valmistusolosuhteet on esitetty taulukossa 1. Valmistusvaiheen jälkeen kalvon rakenne määritetään Panalyyttisella X ‘ Pert Pro-Röntgendiffraktometrillä käyttäen CuKa (1.5406 Å) – säteilylähdettä. EDS: ään kytkettyä pyyhkäisyelektronimikroskopiaa (Quanta 200) käytetään pinnan morfologian havainnointiin ja kalvojen kemiallisen koostumuksen analysointiin. Optinen läpäisevyys mitataan huoneenlämmössä Lambda 900 PerkinElmer-spektrofotometrillä 300-1100 nm: n alueella.

3. Tulokset ja keskustelut

kemiallisessa kylpypinnoituksessa ammoniakki on kompleksinmuodostaja, joka ohjaa metalli (Cd2+) ja rikki (S2−) ionien vapautumista emäksisessä liuoksessa. Klassinen kasvumekanismi voidaan tiivistää seuraavilla kemiallisilla reaktioilla: (1) amino-kadmiumkompleksin tasapaino: muodostuminen estää saostumisen .(2)tiourean hydrolyysi emäksisessä liuoksessa:jos Sh-ionit ovat tasapainossa veden kanssa ja antavat S2− ioneja tämän yhtälön mukaisesti:(3)Kadmiumsulfidin muodostuminen:

CDS: n muodostumisen globaali reaktio voidaan tiivistää seuraavasti:

3.1. Rakenteellinen analyysi

kuvassa 1 esitetään CDS: n ohutkalvojen XRD-kuviot, jotka on talletettu useaan kertaan (1-5 kertaa) eri depositioaikoina (1-15 min). Kullekin laskeumalle on ominaista juoksujen määrä ja Laskeuma-aika. Kaikkien elokuvien kohdalla havaitaan vain huippu 2θ, joka on 26,81°, mikä vastaa CdS-kuutiorakenteen (111) suunnitelmaa. On selvää, että havaitun huipun voimakkuus riippuu voimakkaasti juoksujen määrästä ja/tai Laskeuma-ajasta. Suurin intensiteetti kirjataan, kun prosessi suoritetaan 5 kertaa 5 min. Jotta voidaan tehdä paremmin, Kiteen laadun vaihtelua näiden kahden parametrin funktiona tarkastellaan kiteisen suhteen (R) avulla, joka määritellään seuraavan yhtälön avulla:missä on (111) huippuvoimakkuus tietyllä määrällä suorituksia ja Laskeuma-aikaa, ja mikä on pienin (111) huippuvoimakkuus, joka saadaan näytteelle, joka on syntetisoitu yhdellä suorituksella yhden minuutin aikana.

kuvasta 1 johdetun Kiteen suhteen () vaihtelu juoksumäärän ja laskeuman ajan funktiona on esitetty kuvassa 2(a). Se osoittaa selvästi, että laskeuma-ajasta riippumatta kaikilla vain yhteen kertaan talletetuilla CD-kalvoilla on pienet kiteiset suhteet, mikä osoittaa filmien heikon kiteisyyden. Tämä käyttäytyminen voidaan katsoa johtuvan lasisubstraatin amorfisesta rakenteesta . Luku osoittaa kuitenkin myös, että kunkin näytteen (111) huippuvoimakkuus kasvaa nopeasti juoksujen määrän kasvaessa. Havaittu kalvon kiteytyvyyden paraneminen johtuu I) materiaalin määrän lisääntymisestä juoksujen määrän kasvaessa ja/tai ii) laskeumasta puskurikerroksessa, joka on jo kiteytynyt. “Depositioaika” – akselin osalta voidaan selvästi erottaa kaksi aluetta kuviossa 2(a): I) kolloidinen liuostilan alue havaitaan, kun Laskeuma-aika on alle 5 min, jossa CDs-ohutkalvot muodostuvat koko nukleaatiokasvumekanismin ajan . Itse asiassa juuri ammoniakin lisäämisen jälkeen ytimiä muodostuu ensin substraatin pinnalle, sitten kasvatetaan diffuusiolla ja lopuksi adsorboidaan tiiviisti kalvon muodostamiseksi (KS.kuva 2(b)). Tällä alueella kiteisen suhteen kasvu havaitaan Laskeuma-ajan pidentyessä jopa 5 minuuttiin, mikä on optimaalinen Laskeuma-aika. Tästä kohteliaisuudesta ovat kertoneet myös monet kirjailijat . (ii) kolloidinen saostuma-alue tapahtuu, kun Laskeuma-aika on yli 5 minuuttia. Sen aloittaa liuoksen supersaturaatioilmiö, jossa saostuneet hiukkaset tulevat jauhamaan suhteellisen kasvukalvon (KS. kuva 2 (c)), mikä johtaa sekä kalvon paksuuden että kiteisen suhteen vähenemiseen kokeellisesti havaittuna. Samanlaista käyttäytymistä on havaittu Tec-Yam et al. . Näiden tulosten perusteella voimme todeta, että laskeuma peräkkäisissä ajoissa, joissa Laskeuma-aika on pienempi tai yhtä suuri kuin 5 min, on suositeltavaa välttää ratkaisun supersaturaatio-ilmiö. Kuvan 2 (a) mukaan 5 min katsotaan optimaaliseksi Laskeuma-ajaksi, joka mahdollistaa parhaan kiteytymisen omaavien CDs-kerrosten muodostumisen.

kuva 2

(a) Kiteen suhteen vaihtelu juoksumäärän ja Laskeuma-ajan funktiona. Kaavamainen esitys kasvun tiloista: B) kolloidinen liuostila ja c) kolloidinen saostumistila.

Kuvassa 3 (a) esitetään XRD-kuvioita, jotka vastaavat as-talletettuja (näyte A) ja hehkutettuja CdS-ohutkalvoja ilmassa (näytteet: B, C, D ja E) 1 tunnin aikana. Erittäin voimakas yksittäinen piikki 26,55° havaitaan samanaikaisesti as-talletetulle kalvolle ja myös hehkutetulle sellaiselle, jonka lämpötila on pienempi tai yhtä suuri kuin 400°C. Yleensä tämä atomiasento voidaan katsoa johtuvan CDs-vaiheen heksagonaalisesta tai kuutiollisesta rakenteesta. Kuitenkin verrattuna JCPDS kortin numero 80-0019 ja ehdottanut Mahdi et al. , puuttuminen (100) ja (101) piikit kuvio(kuva 1 (a)) vahvistaa muodostumista (111)-suuntautunut CdS kuutiorakenne. Kuten kuvassa 3(b) on esitetty, (111) intensiteetin hienoinen kasvu havaitaan, kun lämpötilaa nostetaan 400°C: seen. tämä viittaa siihen, että cd2+-ja S2− ionien pintareaktion kineettinen kiteytyminen saavutetaan kylvyn lämpötilan ja substraatin vaikutuksesta, joka pidetään 65°C: ssa. Sen sijaan 550°C: n lämpötilassa hehkutettu filmi osoittaa CDS: n (111) voimakkuuden dramaattista vähenemistä ja muiden suurten huippujen esiintymistä 32,83°: n ja 38,07°: n kohdissa. Verrattuna JCPDS-kortin numeroon 78-0653, kaksi myöhempää piikkiä osoittavat CDO-faasien muodostumisen, joka johtuu CdS-hapetuksesta. Tämä hapettuminen tapahtui, koska hehkutus suoritettiin hapen ympäristössä . Myöhemmin voimme todeta, että hehkutus hoito parantaa hieman kiteisyys, kun lämpötila on alle 400°C; siitä huolimatta se muuttuu tuhoisaksi ja johtaa muiden faasien muodostumiseen, kun lämpötila on yli 400°C.

CDs (111)-suunnitelman XRD-tietojen mukaan kristalliitin koko voidaan laskea seuraavalla scherrerin kaavalla:missä (1.5406 Å) on röntgensäteilyn aallonpituus, on Bragg-kulma ja on diffraktiopiikin täysi leveys radiaaneina ilmaistuna puolen maksimin kohdalla (FWHM). Kuvassa 3 (c) esitetään CDs-kristalliitin vaihtelu hehkutuslämpötilan kanssa. Mitään merkittävää muutosta keskimääräisessä kristalliittikoossa (noin 30 nm) ei havaita, kun hehkutuslämpötilaa nostetaan 400°C: seen.samaan aikaan näyte E, joka hehkutetaan 550°C: ssa, osoittaa hyvin pienen kristalliittikoon, joka osoittaa CDS: n voimakkaan hajoamisilmiön CDO-vaiheeseen. Nämä havainnot osoittavat selvästi, että prosessimme mahdollistaa CD-filmien tallettamisen hyvällä kristallipitoisuudella ilman myöhempää hehkutuskäsittelyä. Näin ollen CdS-laskeumaa voidaan hallita alhaisemmassa lämpötilassa substraateilla, myös sellaisilla, jotka ovat asennettavissa korkeissa lämpötiloissa, erityisesti joustavilla substraateilla.

3.2. Morfologinen tutkimus

hehkutuksen vaikutuksen selvittämiseksi CdS-ohutkalvojen morfologisiin ominaisuuksiin Kuvassa 4 esitetään näytteiden a (Kuva 4(a)) ja D (kuva 4(b)) pintamikrokuvat. Molemmissa näytteissä nanometristen jyvien homogeeniset jakaumat peittävät pinnat tasaisesti. Jyvät ovat sileitä ja tiheitä, eikä selviä morfologisia muutoksia havaita ennen hehkutuskäsittelyä eikä sen jälkeen.

(a)

(b)

(a)
(b)

Kuva 4

CDS: n ohutkalvojen sem-mikrografit: a) talletettuina (näyte A) ja B) hehkutettuina 400°C: ssa (näyte D).

Kuvassa 5 esitetään sem-mikrografit (a, b ja c) ja CDS-ohutkalvojen poikkileikkausnäkymät, jotka on valmistettu eri suoritusmäärissä (1, 3 ja 5 suoritusta). Saatu optimaalinen Laskeuma-aika 5 min on valittu. Mikrografeissa näkyy tiheitä rakenteita ja sileitä ja suhteellisen tyhjiöttömiä pintoja. Kussakin näytteessä jyvät ovat hyvin määriteltyjä, pallomaisia ja homogeenisen kokoisia. On syytä huomata, että juoksumäärän kasvu ei vaikuta merkittävästi raekokoihin. Samaan aikaan pinnalla havaitaan vielä muutamia agglomeroituneita hiukkasia; tämä seikka johtuu todennäköisesti hieman tyydyttyneestä liuoksesta laskeuman loppuvaiheessa (jokaisella ajolla). Poikkileikkausten sem-kuvien perusteella filmin paksuusarvot 180, 320 ja 580 nm on mitattu vastaavasti 1, 3 ja 5 ajolle. Nämä viimeiset arvot ovat hyvin lähellä transmittanssispektreistä saatuja arvoja (kuva 6).

kuva 6

kalvon paksuuden vaihtelu juoksujen määrän ja Laskeuma-ajan funktiona.

3.3. Energy-Dispersive Spectroscopy (EDS) Analysis

CDs-rakenteelle (spektri “a”) ja agglomeroidulle hiukkaselle (spektri “b”) tehdyn EDS-analyysin tulokset on esitetty kuvassa 7. Taulukossa 2 esitetään näiden kahden alueen keskimääräinen kemiallinen koostumus (paino ja atomiprosentti). Vaikuttaa siltä, että molemmat alueet koostuvat Cd: stä ja S: stä ja että lasisubstraatteihin liittyy joitakin muita piikkejä Si, O, Al, Na ja Mg. On selvää, että s/Cd: n keskimääräinen atomiprosentti molemmilla tutkituilla vyöhykkeillä on lähes stoikiometrisessä suhteessa noin 0,97.

(a)

(b)

(a)
(b)

Kuva 7

EDS-analyysi suoritetaan CdS-rakenteella (spektri “a”) ja agglomeroidulla hiukkasella (spektri b).

3.4. Optiset Luonnehdinnat

3.4.1. Paksuuskalvojen laskeminen

perustuen kalvojen paksuuteen () lasketaan 530-1100 nm:n välisistä lähetyshäiriöistä seuraavan yhtälön avulla: missä ja ovatko taitekertoimen indeksit , jotka vastaavat kahta vierekkäistä maksimia (tai minimiä) aallonpituuksilla ja vastaavasti.

kahdelle vierekkäiselle transmittanssispektrin ääripäälle (max–max tai min–min) ja kahdelle vierekkäiselle toisin kuin ääripäälle (max–min tai min–max) .

kalvon taitekerroin () läpinäkyvän alueen yli voidaan laskea käyttämällä missä on substraatin taitekerroin (meidän tapauksessamme,) ja antaa missä ja ovat läpäisyarvot interferenssirajojen maksimeissa ja minimeissä, ja on lasisubstraatin taitekerroin (). Taitekertoimen arvot ja CDS: n ohutkalvo (3 juoksua, 5 min) ovat 2,11 ja 2,06.

3.4.2. CDs-ohutkalvojen läpäisevyys, paksuus, optisen kaistan aukko ja absorbanssi

kuvassa 8 esitetään CDs-ohutkalvojen Optiset läpäisevyysspektrit aallonpituusalueella 300-2000 nm. A -, B -, C -, D-ja E-näytteet ovat erittäin läpinäkyviä (~80%) sähkömagneettisen spektrin näkyvillä ja lähi-infrapuna-alueilla ja niissä on terävä valoraja noin 550 nm: ssä. Siksi hehkutusvaihe ei paranna kalvon läpäisevyyttä. As-talletetun kalvon ja hehkutetun kalvon mitatut keskimääräiset läpäisevyydet ja paksuudet on ilmoitettu taulukossa 3. Korkea keskimääräinen läpinäkyvyys (~80%) ja kaikkien CdS-filmien näkyvillä ja lähi-infrapuna-alueilla esiintyvät häiriöt (lukuun ottamatta 550°C: ta) todistavat, että valo on vähemmän hajallaan ja kalvopinnat ovat sileitä ja homogeenisia ja niiden paksuus on hyvin samanlainen, noin 254 nm . Kun hehkutettu lämpötila saavuttaa 550°C, havaitaan jälleen optisen läpäisevyyden (70%) ja paksuuden (219 nm) jyrkkä lasku. Kuten edellä XRD-analyysissä kävi ilmi, havaitut muutokset korkeassa hehkutuslämpötilassa johtuvat CDs-kalvon hajoamisesta CdO-vaiheeseen.

CD-filmien optisen kaistan aukko () arvioitiin olettamalla valenssi-ja johtuvuuskaistojen välinen suora Siirtymä fotonienergian funktiona ekspression mukaan, jossa on fotonin energia, on absorptiokerroin ja on vakio. määritetään ekstrapoloimalla spektrin lineaarinen osuus absorptiokertoimiin nolla. Energia-akselilla oleva sieppaus antaa kaistan aukon energian arvon. Kuten kuvasta 8 voidaan päätellä, optisen kaistan aukkoarvossa (noin 2,41 eV) ei ole havaittavissa merkittävää muutosta as-talletettujen ja hehkutettujen kalvojen välillä (enintään 400°C). 550°C: ssa hehkutetulle filmille saatu taajuusvälienergia 2,24 eV vastaa kuitenkin hyvin CDO: n ilmoitettua taajuusväliaukkoarvoa .

kuvassa 9 esitetään CD-levyjen siirtospektrit aallonpituuksilla 300-1100 nm, ja ohennetaan filmejä, jotka on valmistettu eri juoksumäärillä ja laskeumakerroilla. Kun ajojen määrää lisätään 1: stä 5: een, keskimääräinen siirto yli 500 nm: n aallonpituudella kasvaa 55: stä 91%: iin, 80: stä 94%: iin ja 74: stä 86%: iin, kun Laskeuma-ajat ovat 1 min (Kuva 9 a), 5 min(Kuva 9 b) ja 15 min (Kuva 9 c). Suurin Optinen läpäisevyys (94%) kirjataan, kun Laskeuma suoritetaan 4 kertaa 5 min. Sen sijaan kaikissa CDs-ohutkalvoissa, jotka on talletettu riippumatta Laskeuma-ajasta (1, 5 tai 15 min), on vahva siirtohäntä 300-500 nm: n alueella, mikä osoittaa, että kalvot ovat ohuempia ja niiden kristallipitoisuus on huono . Kuitenkin, kun juoksujen määrä vaihtelee 2: sta 5: een, kaikissa spektreissä näkyy jyrkkä lasku kaistan reunassa, joka siirtyy pitemmille aallonpituuksille juoksujen määrän kasvaessa. Tämä havaittu muutos johtuu todennäköisesti filmin paksuuden kasvusta, kuten monet tekijät ovat raportoineet . Havaitut häiriöt kuitenkin todistavat filmin laadusta ja auttavat arvioimaan CdS-kerroksen paksuutta.

kuvassa 6 esitetään kalvonpaksuuden vaihtelu juoksujen määrän ja Laskeuma-ajan funktiona. On selvää, että riippumatta juoksujen määrästä, (i) kalvon paksuus kasvaa Laskeuma-ajan funktiona jopa 5 min, koska tällä Laskeuma-aikajänteellä kalvo kasvaa kolloidisessa liuoksessa. Arvioidut paksuuskalvot 5 min: ssä ovat 190, 280, 332, 462 ja 564 nm, kun vuorojen määrä on 1, 2, 3, 4 ja 5. (ii)kalvon paksuus pienenee hieman, kun aika vaihtelee 5-15 min. Tämä outo käyttäytyminen johtuu liuoksen supersaturaatioilmiöstä, joka tapahtui kolloidisessa saostumistilassa, jossa saostuneet hiukkaset tulevat suhteellisen jauhamaan kasvavaa kalvoa.

siksi kuvassa 6 esitetyillä tuloksilla on suuri merkitys halutun paksuisten CdS-filmien kehitykselle ilman supersaturaatioliuosilmiötä. Toisaalta optimoiduksi Laskeuma-ajaksi suositellaan 5 min. Toisaalta juoksujen määrää voidaan vaihdella halutun paksuisen kalvon saavuttamiseksi.

eri juoksumäärillä ja laskeumakerroilla valmistettujen CdS-ohutkalvojen kaistan eroarvot () on esitetty taulukossa 4. Kaistan aukon selvä pieneneminen on huomattu, kun Laskeuma-aikaa lisätään jopa 5 min kaikille juoksumäärille. Tämä havaittu muutos johtuu todennäköisesti I) kalvon paksuuden kasvusta (kuva 6) ja/tai ii) kalvon kidevoiman paranemisesta .

eri lämpötiloissa hehkutettujen CDs-ohutkalvojen absorbanssispektrit esitetään kuvassa 10(a), kun taas eri 5 minuutin mittaisilla jaksoilla valmistettujen kalvojen absorbanssispektrit esitetään kuvassa 10(b). As-deposition absorbanssispektrien ja enintään 400°C: n hehkutettujen kalvojen välillä ei ole selvää eroa. Vastaavasti 550°C: n lämpötilassa hehkutetulla kalvolla on voimakas absorbanssivähennys 300-450 nm: n välillä, mikä osoittaa faasimuutosta. Toisaalta Kuva 10 (b) osoittaa absorbanssin intensiteetin kasvavan, kun ajojen määrä kasvaa. Kuten XRD: n tulokset osoittavat, tämä käyttäytyminen johtuu todennäköisesti elokuvasta crystallinity betterment.

4. Johtopäätös

CDs-ohutkalvot, joilla on hyvät rakenteelliset ja morfologiset ominaisuudet, on onnistuneesti syntetisoitu CBD-tekniikalla ilman jälkikäsittelyä. Yhtye gap Energyn todettiin olevan noin 2.42 eV, jossa 70-95% optisesta läpäisevyydestä näkyvällä alueella. Tämän työn tärkein havainto on osoittaa kokeellisesti, että CBD-laskeuman suorittaminen “useissa optimoiduissa ajoissa” mahdollistaa supersaturaatioliuoksen ilmiön välttämisen, mikä muodostaa suurimman ongelman, jota ei ole otettu huomioon, kun pyritään kontrolloimaan talletettujen kalvojen paksuutta. Tästä syystä käyttämällä tätä CBD-prosessia on mahdollista paitsi ylittää kalvonpaksuusrajoitukset myös kasvattaa CdS-kalvot yhdessä teknologisessa vaiheessa alhaisessa liuoksessa (60°C). Uskomme, että tämä tekniikka mahdollistaa ohuiden kerrosten tallettamisen useille joustaville alustoille, joita pyydetään sulautetussa elektronisessa kentässä.

tietojen saatavuus

tämän tutkimuksen tulosten tueksi käytetyt tiedot on sisällytetty artikkeliin.

Disclosure

tutkimus toteutettiin Mohammed V-yliopiston luonnontieteellisessä tiedekunnassa tehdyn Väitöskirjan puitteissa yhteistyössä Marokon kansallisen tieteellisen ja teknisen tutkimuksen keskuksen (CNRST) kanssa Rabatissa.

eturistiriidat

kirjoittajat ilmoittavat, ettei heillä ole eturistiriitoja.

kiitokset

kirjoittajat haluavat kiittää kiitollisina National Center of Scientific and Technical Research (CNRST) – tutkimuslaitosta ja UATRS-osaston henkilökuntaa laitteiden käytöstä ja teknisestä avusta.