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Applications

APPLICATION

Raman Spectroscopic of Indium Sulfide Film Materials

硫化銦薄膜材料的拉曼光譜研究

介紹

硫化銦（In2S3 ）[1]是一種具有極高潛在利用價(jià)值的半導(dǎo)體材料，可作為CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的緩沖層材料，并有望作為Cds緩沖層的替代材料，在光伏與光電器件上有很好的應(yīng)用前景。 In2S3在常溫常壓下比較穩(wěn)定，屬于立方晶系，具有四面體和八面體的空間結(jié)構(gòu)，并存在高密度的In空位。 一般存在α、β、r 3種相，常溫下穩(wěn)定的為β 相。
 
In2S3內(nèi)含有大量的In空位，這個(gè)特點(diǎn)使摻雜的金屬原子容易進(jìn)入In空位并與周圍的原子成鍵，進(jìn)而表現(xiàn)出特定的光學(xué)、電學(xué)及磁學(xué)特性。目前，針對(duì)In2S3薄膜的研究主要集中在材料的制備以及光電性能的測(cè)試與分析方面。但對(duì)于In2S3摻雜改性的研究報(bào)道較少。
 
實(shí)驗(yàn)
拉曼光譜技術(shù)是一種無(wú)損傷、靈敏度高、操作簡(jiǎn)捷的測(cè)試手段，通過(guò)拉曼光譜表征摻雜前后In2S3薄膜的拉曼特征峰頻移情況，可以對(duì)其摻雜機(jī)理進(jìn)行分析與討論，闡述摻雜對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響。
 
試驗(yàn)設(shè)備：顯微共聚焦拉曼光譜儀系統(tǒng) Finder Vista、Andor  iDus416 CCD探測(cè)器；激光器波長(zhǎng)為532nm；光譜儀參數(shù)：500焦距，600g/mm；掃描目鏡 100X。


圖 硫化銦的拉曼光譜圖


圖中（a）為 In2S3的拉曼光譜圖，退火溫度300℃；（b）為銅摻雜的In2S3的拉曼光譜圖，退火溫度300℃；（c）為銅摻雜的In2S3的拉曼光譜圖，退火溫度250℃。
 
拉曼光譜分析
從圖中發(fā)可以看出304 cm-1、930 cm-1波數(shù)處的特征峰隨著摻雜發(fā)生紅移。300 cm-1的拉曼特征峰代表 In2S3四面體結(jié)構(gòu) 振動(dòng)模式。這說(shuō)明 In2S3四面體結(jié)構(gòu)的 振動(dòng)鍵長(zhǎng)增大， In2S3薄膜內(nèi)四面體結(jié)局部空間結(jié)構(gòu)膨脹。

拉曼譜線紅移的原因可以解釋為晶格膨脹后，原子間距增大，晶格處于相對(duì)松弛狀態(tài)，因此，振動(dòng)頻率降低。對(duì)于Cu摻入 In2S3機(jī)理，可能存在Cu摻入In空位或者摻入 In2S3晶格間隙的兩種情況。Cu間隙摻雜后增大晶粒尺寸，導(dǎo)致晶格出現(xiàn)松弛，反應(yīng)在拉曼譜上就是304 cm-1、930 cm-1峰位出現(xiàn)紅移。由于Cu離子半徑小于In離子半徑，因此，可以通過(guò)晶格膨脹引起拉曼紅移的現(xiàn)象，確認(rèn)Cu摻雜后必定存在間隙摻雜的現(xiàn)象，這是薄膜缺陷程度增加的主要原因，而這也是XRD測(cè)試結(jié)果無(wú)法證實(shí)的。
結(jié)論
本文通過(guò)分析304 cm-1、930 cm-1處拉曼峰位的紅移進(jìn)一步證實(shí)了Cu摻雜后薄膜晶粒尺寸增大，通過(guò)缺陷程度的變化證明了Cu摻入 晶格間隙的摻雜機(jī)理。
 
激光顯微共聚焦拉曼光譜技術(shù)是一種無(wú)損傷、無(wú)接觸、靈敏度高的檢測(cè)手段，通過(guò)晶體的拉曼光
譜可以了解晶格內(nèi)部有關(guān)化學(xué)鍵、晶格程度、晶格畸變以及相變等信息，為薄膜在太陽(yáng)能電池、導(dǎo)電材料、光電器件、催化、傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
 


參考文獻(xiàn)

[1] 林斯樂(lè), 馬靖, 程樹英. Ag摻雜 薄膜的拉曼光譜研究[J]. 功能材料, 2013, 18(44): 2724-2726.
[2] 冀亞欣. 薄膜的磁控濺射法制備及性能[D]. 西南交通大學(xué), 2012.