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掺镉硫化锌薄膜的物理性质

DOI：10.1016/j.spmi.2018.12.002 期刊：Superlattices and Microstructures 出版年份：2018 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 本研究中采用电沉积法合成了未掺杂及镉掺杂的硫化锌纳米结构。电解液包含20 mM氯化锌、20 mM硫代硫酸钠及不同含量的氯化镉溶液。X射线衍射(XRD)图谱显示，镉掺杂导致硫化锌晶粒尺寸(D)减小，同时晶格应变、晶格应力、位错密度(γ)和层错能(SF)均增大。场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像呈现了20至50纳米的极细等轴晶粒，以及具有择优取向的大晶粒(200至400纳米)。硫化锌薄膜的反射光谱表明，镉掺杂后反射峰强度和折射率(n)降低。根据透射光谱，未掺杂与镉掺杂硫化锌样品的吸收边位于328–357纳米区间。未掺杂硫化锌样品的带隙能估算为3.95 eV，而镉掺杂样品因晶体缺陷和无序性导致带隙能降至3.63 eV。此外，镉掺杂硫化锌薄膜的介电常数小于未掺杂样品，表明其更适用于快速光电探测器。未掺杂硫化锌薄膜的光致发光(PL)光谱显示出340、413、536、574、748和878纳米六个发射峰，源于近带发射(NBE)及锌间隙原子(IZn)、锌空位(VZn)、硫间隙原子(IS)、ZnS自缺陷以及价带(VB)与导带(CB)间缺陷态。镉掺杂硫化锌样品的PL发射较未掺杂样品呈现红移，验证了紫外-可见光谱结果。
作者： Seyed Mostafa Mosavi，Hosein Kafashan
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

比较掺镉硫化锌薄膜与未掺杂硫化锌薄膜在结构、形貌、光致发光及光学带隙特性方面的差异。

研究成果

采用电化学沉积法制备了多种未掺杂和镉掺杂的ZnS薄膜。XRD图谱显示镉掺杂降低了ZnS薄膜的结晶质量。FESEM图像发现所制备薄膜包含嵌入极细等轴晶粒（20-50纳米）基体中的大晶粒（200-400纳米）。所有样品的吸收光谱和透射光谱显示约328-357纳米的吸收边，这与它们的禁带宽度Eg相关。由于结晶质量下降，镉掺杂后ZnS薄膜的反射光谱和折射率n降低。镉掺杂使ZnS纳米结构的Eg值从3.95降至3.63电子伏特。由于具有更低的介电常数，镉掺杂ZnS薄膜比未掺杂ZnS样品更适合用于快速光电探测器。未掺杂ZnS薄膜的光致发光光谱呈现六个发射峰：包括340纳米的紫外峰、413纳米的蓝光带、536和574纳米的两个绿光带，以及748和878纳米的两个红外峰。

研究不足

与未掺杂样品相比，镉掺杂样品的晶体质量有所下降。由于杂质（如Cd2+）的引入导致ZnS晶格的晶体质量降低，可能引发晶体缺陷、错配和/或晶格取向失调。

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