摘 要：退火溫度的把控在PbS薄膜制備過程中是非常重要的，是決定PbS薄膜的結構及光學性質的重要因素，因此提出，退火對PbS薄膜的結構及光學性質的影響。根據不同退火溫度下PbS薄膜內元素含量及衍射峰的變化情況，隨著退火溫度的逐漸提高，PbS薄膜的結晶性能逐漸提高，整體結構趨于穩定和完整;隨著退火溫度的逐漸提高，PbS薄膜的透射率極大值逐漸減小，并且PbS薄膜的光學帶隙也隨之減小。

　　關鍵詞：退火 PbS薄膜 結構 光學性質

　　PbS是一種窄帶隙半導體材料，在19世紀80年代由法國物理學家Theodore最早發現，PbS光學帶隙大致在4.5～4.68eV范圍內，激子波爾半徑為15.6nm，可以產生明顯的量子尺寸效應，PbS在可見和遠紅外光譜區具有極高的光學透過率、折射率，常用于各種光電子器件中，尤其是在太陽能電池制作領域和藍光激電器生產領域中[1]。對于PbS薄膜的制備方法有電子束蒸法、磁控激射法、激電法、脈沖激光沉積法等，但無論哪種方法在PbS薄膜的制備過程中都會經歷退火過程，PbS薄膜經過真空或者一定氣氛中退火后，由于PbS原子在高溫條件下的運動，以及PbS材料與氣體的化學反應，必然會對PbS薄膜的結構產生影響，同時PbS薄膜的光學結構也會發生改變[2]。PbS薄膜的結構及光學性質的好壞將會影響到材料的應用效果，目前對于PbS薄膜的研究資料較少，基于以上想法，所以此次對退火對PbS薄膜的結構及光學性質的影響進行深入研究，為PbS材料的制備提供理論依據。

　　1 退火對PbS薄膜的結構的影響

　　PbS薄膜內主要的元素為Pb和S，在PbS薄膜的制備過程中長時間的高溫狀態使薄膜內的Pb和S元素發生改變，表1為制備態和不同退火溫度PbS薄膜中各元素百分比。

　　從表1可以看出，退火會改變PbS薄膜內的主要元素含量，并且隨著退火溫度的升高，薄膜內Pb和S元素的含量也逐漸提高，說明在退火過程中PbS薄膜內的晶體結構體積在逐漸增大[3]。在制備態階段，PbS薄膜內元素含量未發生改變，說明該狀態下薄膜還處于非晶態，即沒有形成完整的晶體粒子，但隨著退火溫度的逐漸提高，PbS薄膜內元素含量大幅度提高，說明PbS薄膜開始結晶[4]。為了更好地研究退火對PbS薄膜的結構的影響，結合不同退火溫度下PbS薄膜衍射峰(XPD)的變化情況，衍射峰是衡量材料內晶體性能的標準。

　　在退火溫度達到200℃時，PbS薄膜出現衍射峰，但衍射峰強度不明顯，說明薄膜內的晶體性能較;當退火溫度達到300℃時，衍射峰強度增強，說明薄膜內晶體性能在逐漸增強;當退火溫度達到400℃時，不僅衍射峰強度增強，而且衍射峰狀態持久，說明PbS薄膜內晶體結構趨于完整，并且晶體性能較好。

　　綜上所述，制備態PbS薄膜的結構性能比較差，但隨著退火溫度的逐漸提高，PbS薄膜的晶體粒子直徑先增大而后再逐漸變小，PbS薄膜內的原子成分逐漸開始聚集，形成完整的晶體結構，并且晶體結構逐漸趨于穩定和牢固。

　　2 退火對PbS薄膜的光學性質的影響

　　為了更加清晰地分析出退火對PbS薄膜的光學性質的影響，繪制了PbS薄膜制備態與不同退火溫度下薄膜的透射光譜曲線，如圖1所示。

　　從上圖1可以看出，PbS薄膜無論是在制備態階段還是退火溫度小于400℃，薄膜的光學吸收邊波長在400nm左右，其光子能量大約在3.2eV左右[5]。但隨著退火溫度的增加，薄膜的光學吸收邊波長也隨之增加，薄膜的光子能量也隨著增加[6]。這是由于薄膜在退火過沖中結晶性能的提高，薄膜內晶體粒子體積逐漸增大，表面粗糙度逐漸提高，從而減小了薄膜的表面光學散射強度，所以增加了PbS薄膜的投射率。

　　綜上所述，退火會對PbS薄膜的光學性質產生一定的影響，隨著退火溫度的逐漸提高，PbS薄膜的透射率極大值逐漸減小，并且PbS薄膜的光學帶隙也隨之減小。

　　3 結語

　　此次研究了退火對PbS薄膜的結構及光學性質的影響，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但是僅進行了初步研究，還有許多工作需要改善和提高，比如退火對PbS薄膜電學性能的影響，今后還需要對其進行深入研究，為制備高質量的PbS薄膜提供參考依據。

　　參考文獻

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