硫化锌的性能与制备Word格式.docx

1、对于纳米尺寸的材料，量子表面效 应产生重要影响，从而使物理量发生急剧的变化。由于半导体材 料受到量子表面效应的影响而具有的新奇的电学和光学特性，使 其备受关注。硫化锌是一种具有3. 65eV带隙的II-VI族半导体， 在光电器件中有非常广泛的应用，比如蓝光发光二极管，电致发 光器件，光伏细胞等在显示器，传感器和激光器中广泛应用。近 几年，由于其纳米级颗粒性质的与众不同，纳米晶体硫化锌备受 关注，所以研究人员尽力控制晶体人小和形态以及晶带的多晶来 改变它们的物理性质，因此，在制备半导体纳米颗粒和薄膜的技 术方面越来越热门。湿化学合成法是一种简单且廉价的可以替代 复杂的化学气相沉积技术和其他物理方

2、法的制备方法。那些常应 用于制备纳米材料的一般的物理方法，通常都因为分辨率的限制 而受到制约。另一方面，湿化学合成法提供了一种简单的方法来 制备大小适合分布均匀的纳米材料。因此，作者决定通过改变沉 积参数例如PH值等方案来制备N型硫化锌颗粒或薄膜。2.实验过程在不同的PH值（二7,10,12）的条件下使用络合剂合成硫化 锌纳米晶体。将溶解在锌-醋酸的硫化锌水溶液，络合剂（柠檬 酸三钠），硫腺混合在50ml的去离子水中，搅拌均匀之后升高温 度。最后，固相隔离，通过过滤和热水浴，获得残留物，制取样 品。固体成分就是硫化锌纳米晶体，薄膜已沉积在干净的玻璃或 者石英底衬或者KBr底衬上面，用来测量它们

3、的光学性质和电学 性质及其结构。现在晶体研究已经使用2G）的范围内从10到70的CuKa的 射线的菲利普斯PE-1610X射线衍射仪。红外光谱由Perkin-Elmer PE-Rx 1的红外分光分光计确定.通过实验可知该 红外光谱仪的分辨率为1 cm。为了研究n型硫化锌薄膜的光学 特性，对于所有的样品采用波长范围在300-1000nm的双记录光 束UV/VIS/NIR光谱仪。这些样品的电学性能测量在特殊设计的 金属样品架中进行.通过这个仪器保持10-3mbar的真空条件。长 为1.0厘米，电极间隙为8 X 10 - 2cm的薄膜平面形状用来测 量其电学性能，厚电极作为电触点.薄膜厚度大约为61

4、5nm,由轮 廓仪测量。电导率通过一个皮安表的示数来指出，准确度通常是lpao3.结果与讨论3.1光学性能图1给出了 n型硫化锌薄膜沉积在玻璃基板（PH二12）的X射 射图案。图1中的光谱表明衍射峰的20是29. 5, 48. 7, 57. 5。 反射峰的最大峰值位置为2为29. 5111处,用另外两个稍低 的峰48. 7220和57. 5311来指示111最为首选方向。峰值 随着PH值的下降而增加,观察其D值与标准D的比较结果来确定 该闪锌矿立方体硫化锌薄膜的纳米詁体结构。图应变及颗粒的几何特征由获得的完整的衍射峰的半值宽度可知。半宽高（卩）通过式（1）可以表示为应变（E ）和颗粒尺寸（L）

5、的线性组图（2）所示对于硫化锌薄膜，在PH为12的条件下，其（p cos6 ）/A 与（sin 0 ）/A之积是一条直线，由其与纵轴的截距的倒数可得颗粒 的平均尺寸约为4nm,颗粒的直径为4.6nm时，PH值从12变为10, 为5. 4nm时，PH值从12变为10。ZnS film at pH=12图（3）所示为底衬是KBr托盘的硫化锌薄膜红外光谱，频 谱中714cm-l频带证实了硫化锌的形成，更长的1396cm-l和 1560cm-l的频谱证实了用于实验的络合剂柠檬酸三钠的存在。 前一个频带可以标记为对称拉伸C00-,后两个可以被标记为非对 称C00-E15,另一条3322CID-1可以标记

6、为拉伸柠檬酸三钠。上 述所提到的频带表明硫化锌纳米晶体以柠檬酸三钠为界，阻止了 其大量生成。4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumber （cm1）Fig. （3） IR spectrum of nZnS in wavenumber region 4000-450 cm1光学性能可通过记录其薄膜的投射光谱来研究，图（4）给出了 N型ZnS薄膜在不同的PH值下的透射数据，折射率可以通过式（2）来计算：n = 2ns（l-T）l/2 + ns（2T） /T1/2 （2）Fig. （4） Transmission curve of n-ZnS th

7、in films图（5）显示了三个不同PH值条件的薄膜的折射率与hV之 间的关系，从图中可以清晰地看到N随着PH的增加而增加，随 着颗粒直径的减少而增加，n值的增加可能是因为颗粒直径大减 小而引起的量子限制效应所致。从图中的数据可知，在吸收边缘，吸收系数9 ）可由式（3） 来计算：a弓1血（*）。 （3）对于从价带到导带的转变，可以确定材料的带隙，a和入射 光子的能量（hv ）之间的关系为：a二斗土 （4）, A是一hv个常量,Eg是材料的带隙，指数n取决于过度的类型。n的值可以取1/2, 2, 3/2, 3,分别对应于允许直接转换，允许 间接转换，禁止禁止直接和间接分別转换。光学带隙的值由V

8、3322115图（6）显示了在不同的PH下，薄膜（ahv）2与hv Z间的关系。从图中计算可得光学带隙的准确值为（3.40 0.01） eV（PH=7）, （3.68 0.01） eV （PH二 10）, （3.80 0.01） eV （PH二12）,光学带隙的值随着PH值的增加而减小。这些光带隙值 在表（1）中，显然，Eg的观测值比n型硫化锌的光学带隙值 （3.30.01）eV更高，这是由于n型硫化锌晶体的量子效应所 造成的。Table （1） The electrical and optical parameters of n- ZnS powderPHEg （eV） 住 0.01）Par

9、ticle size （nm）od（Q em ）E （eV） （0.01）123.804.0（1.9 0.02）x10R0.87103.684.6（1.6 0.02）x10 70.8073.405.4（5.7 0.02）x100.763. 2电学特性图（7）所示为n型硫化锌薄膜的暗电导与温度在不同的PH 值（12,10,7）的条件下的依赖关系，该电导率是典型的Arrhenius 激活类型: =久钗叹曙）（5）其中AE是直流电导的活化能，K 是玻尔兹曼常数。q的值用方程计算分别为为（1.90.02） X10-8 0.02） X 10-7Q-lcm-1 （PH二 10）, （5. 70. 02） X10-6 Q-lcm（PH二7）, ad随着 n 型硫化 锌颗粒尺寸的增加而增加，随着PH值的减小，导电性的增加和活化 能的减少可能是由于结构参数的变化，晶粒尺寸的增加以及晶粒表面 积的减小和杂质的减少等。4.结论N-ZnS晶体或者薄膜己经沉积在不同的PH值的液体中，这些薄膜已经已经沉积在不同的底衬上，颗粒尺寸利用X射线衍射数据来计 算为4-6nm,红外光谱数据证实了硫化锌生成了纳米粒子，利用光学 数据计算光学带隙，并且发现带隙随着PH值的增加而变大，这是由 于量子限制效应造成的。通过测量其电导率发现，颗粒尺寸的增人可 以增加其暗电导，减小黑暗活化能。