硫化铟薄膜材料中拉曼光谱研究检测方案(激光拉曼光谱)

AlD-application note7olix卓立汉光Www.zolix.com.cn卓立现在 着眼未来北京总公司：北京市金桥产业基地联东U谷中区68B(101102) 电话：01056370168上海：02162227575深圳：075583293053成都：02868080921 硫化铟薄膜材料的拉曼光谱研究 【本文作者：分析仪器事业部(AID)应用研发部张丽文工程师】 介绍： 硫化(In，Ss)[1]是一种具有极高潜在利用价值的半导体材料，可作为 CIGS 薄膜太阳能电池的缓冲层材料，并有望作为Cds 缓冲层的替代材料，在光伏与光电器件上有很好的应用前景。In，S，在常温常压下比较稳定，属于立方晶系，具有四面体和八面体的空间结构，并存在高密度的 In空位。 In，Ss般存在α、β、γ3种相，常温下稳定的为β相。 InS内含有大量的 In 空位，这个特点使掺杂的金属原子容易进入 In 空位并与周围的原子成键，进而表现出特定的光学、电学及磁学特性。目前，针对 In，S，薄膜的研究主要集中在材料的制备以及光电性能的测试与分析方面。但对于 In，S，掺杂改性的研究报道较少。 实验： 拉曼光谱技术是一种无损伤、灵敏度高、操作简捷的测试手段，通过拉曼光谱表征掺杂前后 InS，薄膜的拉曼特征峰频移情况，可以对其掺杂机理进行分析与讨论，阐述掺杂对薄膜晶体结构的影响。 试验设备：显微共聚焦拉曼光谱仪系统Finder Vista、Andor iDus416 CCD 探测器；激光器波长为532nm；光谱仪参数：500焦距， 600g/mm；扫描目镜 100X。 拉曼光谱分析： 从图中发可以看出304 cm、930 cm波数处的特征峰随着掺杂发生红移。300 cm的拉曼特征峰代表 In几Ss四面体结构A振动模式。这说明 In，S四面体结构的A振动键长增大，薄膜内四面体结局部空间结构膨胀。 拉曼谱线红移的原因可以解释为晶格膨胀后，原子间距增大，晶格处于相对松弛状态，因此，振动频率降低。对于 图硫化锢的拉曼光谱图 图中(a)为In，S的拉曼光谱图，退火温度300℃；(b)为铜掺杂的In，S的拉曼光谱图，退火温度300℃；((c)为铜掺杂的In，S的拉曼光谱图，退火温度250℃。 Cu 掺入IngS机理，可能存在 Cu 掺入 In 空位或者掺入 InzS。 晶格间隙的两种情况。Cu 间隙掺杂后增大晶粒尺寸，导致晶格出现松弛，反应在拉曼谱上就是304cm°、930cm峰位出现红移。由于 Cu 离子半径小于 In 离子半径，因此，可以通过晶格膨胀引起拉曼红移的现象，确认Cu掺杂后必定存在间隙掺杂的现象，这是薄膜缺陷程度增加的主要原因，而这也是 XRD 测试结果无法证实的。 结论： 本文通过分析304 cm、930 cm处拉曼峰位的红移进一步证实了 Cu 掺杂后薄膜晶粒尺寸增大，通过缺陷程度的变化证明了Cu掺入In，Ss晶格间隙的掺杂机理。 激光显微共聚焦拉曼光谱技术是一种无损伤、无接触、灵敏度高的检测手段，通过晶体的拉曼光谱可以了解晶格内部有关化学键、晶格程度、晶格畸变以及相变等信息，为薄膜在太阳能电池、导电材料、光电器件、催化、传感等领域的应用提供理论指导与实验依据。 ( 参考文献： ) ( [ 1 ]林斯乐， 马 靖，程 树 英.Ag掺 杂 InzS，薄膜的拉曼光谱研究[J].功能材料，2013， 18(44)：2724-2726. ) ( [2]冀亚欣. InzS，薄膜的磁控溅射法制备及性能[D].西南交通大学，2012. ) ( 覆盖全 国的 销 售 服 务 网 络为客户提供及时的 技 术支持 和周到的 服务： http ： //w ww.zolix.com.cn ) 西安：02988320872 介绍      硫化铟（In2S3 ）[1]是一种具有极高潜在利用价值的半导体材料，可作为CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层材料，并有望作为Cds缓冲层的替代材料，在光伏与光电器件上有很好的应用前景。 In2S3在常温常压下比较稳定，属于立方晶系，具有四面体和八面体的空间结构，并存在高密度的In空位。 一般存在α、β、r 3种相，常温下稳定的为β 相。In2S3内含有大量的In空位，这个特点使掺杂的金属原子容易进入In空位并与周围的原子成键，进而表现出特定的光学、电学及磁学特性。目前，针对In2S3薄膜的研究主要集中在材料的制备以及光电性能的测试与分析方面。但对于In2S3掺杂改性的研究报道较少。实验      拉曼光谱技术是一种无损伤、灵敏度高、操作简捷的测试手段，通过拉曼光谱表征掺杂前后In2S3薄膜的拉曼特征峰频移情况，可以对其掺杂机理进行分析与讨论，阐述掺杂对薄膜晶体结构的影响。      试验设备：显微共聚焦拉曼光谱仪系统 Finder Vista、Andor  iDus416 CCD探测器；激光器波长为532nm；光谱仪参数：500焦距，600g/mm；扫描目镜 100X。     图中（a）为 In2S3的拉曼光谱图，退火温度300℃；（b）为铜掺杂的In2S3的拉曼光谱图，退火温度300℃；（c）为铜掺杂的In2S3的拉曼光谱图，退火温度250℃。拉曼光谱分析      从图中发可以看出304 cm-1、930 cm-1波数处的特征峰随着掺杂发生红移。300 cm-1的拉曼特征峰代表 In2S3四面体结构 振动模式。这说明 In2S3四面体结构的 振动键长增大， In2S3薄膜内四面体结局部空间结构膨胀。      拉曼谱线红移的原因可以解释为晶格膨胀后，原子间距增大，晶格处于相对松弛状态，因此，振动频率降低。对于Cu掺入 In2S3机理，可能存在Cu掺入In空位或者掺入 In2S3晶格间隙的两种情况。Cu间隙掺杂后增大晶粒尺寸，导致晶格出现松弛，反应在拉曼谱上就是304 cm-1、930 cm-1峰位出现红移。由于Cu离子半径小于In离子半径，因此，可以通过晶格膨胀引起拉曼红移的现象，确认Cu掺杂后必定存在间隙掺杂的现象，这是薄膜缺陷程度增加的主要原因，而这也是XRD测试结果无法证实的。结论      本文通过分析304 cm-1、930 cm-1处拉曼峰位的红移进一步证实了Cu掺杂后薄膜晶粒尺寸增大，通过缺陷程度的变化证明了Cu掺入 晶格间隙的掺杂机理。      激光显微共聚焦拉曼光谱技术是一种无损伤、无接触、灵敏度高的检测手段，通过晶体的拉曼光谱可以了解晶格内部有关化学键、晶格程度、晶格畸变以及相变等信息，为薄膜在太阳能电池、导电材料、光电器件、催化、传感等领域的应用提供理论指导与实验依据。