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InSb基CdTe/MgCdTe双异质结样品的光致发光和拉曼散射文献综述

 2020-04-14 21:37:28  

1.目的及意义

碲化镉作为一种重要的Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料,晶体结构为闪锌矿型。具有直接跃迁型能带结构。碲化镉主要用于制造医学、安全系统等领域使用的电离辐射检测器。不过,作为Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料,碲化镉最为普及的用途是生产薄膜太阳电池。

太阳能电池开发和制备过程中,必须考虑的两个因素是提高转化率和降低成本,而电池薄膜化无疑是降低成本的有效途径。目前,商品化的晶体硅太阳能电池的光电转化效率最高,但受材料纯度和制备工艺的限制,成本高,很难再提高转化效率或降低成本,薄膜太阳能电池只需要几微米的厚度就能实现光电转换,是降低成本和提高光子循环的理想材料。薄膜生产工艺的发展已超过1微米/分钟的培育速度,这非常有利于碲化镉基太阳能产业的发展。由于晶体硅太阳能电池市场的饱和,早在2009年,美国通用电气公司就出售了晶体硅太阳电池工厂并选择与 PrimeStar公司合作,将研发重点放在薄膜光伏技术上。如今,太阳能电池的发展已经走进了第三代,以碲化镉为代表的化合物薄膜太阳能电池发展迅速.国际上碲化镉薄膜太阳电池的研究和制造十分活跃。碲化镉薄膜太阳能电池具有光电转换效率高、 功率温度系数低、弱光效应好、易制备、生产成本低等优势,已经在光伏市场上占有一席之地。目前,研究人员和生产厂商研究的焦点仍是降低生产成本和提高光电转换效率,产业化的升级将进一步提高碲化镉薄膜太阳能电池的竞争力。国内的碲化镉薄膜太阳能电池的产业化仍存在很大的发展空间和市场前景。

半导体材料中的广延缺陷(如位错)会在禁带中引入缺陷能级,在光激发或电注入的条件下,这些局域态会俘获载流子而增强非辐射复合并给它们提供耗散途径,从而会影响材料及其器件的光学和电学特性。因此检测半导体材料的广延缺陷并研究其本质特性对于材料生长及器件应用而言十分重要。

目前对半导体材料中的缺陷调控有两种策略:一种是尽量消除缺陷对器件 的不利影响;另一种是利用缺陷设计特定的微结构以达到材料性质调控的目的。因此,对碲化镉半导体材料中的缺陷进行深入研究,探讨缺陷与载流子输运关联,在理论和应用两个方面都具有非常重要的意义,它是半导体晶体生长、器件的失效分析及其它固体方面研究的一个重要组成部分。

研究广延缺陷对材料电学和光学特性的影响,检测广延缺陷并测量其浓度至关重要,目前科研工作者已开发出多种广延缺陷检测和表征技术,例如采用蚀刻、修饰或应力双折射的方法检测广延缺陷、基于电子显微镜技术检测和表征广延缺陷、

采用激光扫描显微技术检测广延缺陷等等。

其中,光致发光光谱是一种无损伤、非接触式的测试技术,而且检测实验装置比较简单,因而在半导体材料杂质与缺陷的研究中被广泛采用。采用光致发光光谱成像技术可检测和定位半导体材料中缺陷。

此前很多研究人员已经利用光致发光光谱成像技术对碲化镉样品的缺陷进行了研究,但先前的这些研究工作都集中于具有不同缺陷密度半导体材料的拉曼光谱分 析,并没有涉及单个广延缺陷的拉曼光谱表征。但由于一个简单的位错缺陷其核心仅为几个纳米,而传统的衍射极限光束尺寸为几百纳米,如果要利用缺陷相关的振动特性来表征单个的广延缺陷,则需激发光束尺寸减少两个数量级使之与缺陷核心尺寸相匹配。这样要获得相同信号水平,激发光功率密度需增加四个数量级,而这足以使得位错缺陷的结构发生改变,即使是碲化镉这种具有较强化学键的材料。

综上所述,采用光致发光光谱技术检测半导体材料的广延缺陷时会受到载流子扩散的影响,而运用拉曼散射又难以实现单个广延缺陷的表征。因此,对于扩散长度较大的高质量半导体材料,需要采用一种新的方法来表征其广延缺 陷,进而探讨广延缺陷与载流输运关联。

基于此,本文进行了CdTe/MgCdTe样品中广延缺陷的光致发光和拉曼散射实验,深入探讨了广延缺陷与载流子输运关联。


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