通过热蒸发方法制备薄膜及其表征：结构，光学和热电性能

抽象的

各种厚度比的铟硒（Inse）双层薄膜，_XSE._（1-X）（X = 0.25, 0.50, 0.75), were deposited on a glass substrate keeping overall the same thickness of 2500 Ǻ using thermal evaporation method under high vacuum atmosphere. Electrical, optical, and structural properties of these bilayer thin films have been compared before and after thermal annealing at different temperatures. The structural and morphological characterization was done using XRD and SEM, respectively. The optical bandgap of these thin films has been calculated by Tauc’s relation that varies within the range of 1.99 to 2.05 eV. A simple low-cost thermoelectrical power measurement setup is designed which can measure the Seebeck coefficient “S.“在温度变化的真空中。设置温度变化高达70°C。此设置包含Peltier设备TEC1-12715，可在两个充当参考金属的铜板之间保持。此外，在本作工作中，计算硒化铟（内酯）和铝硒化铝（ALSE）双层薄膜的热电力以相同的方式进行并退火。通过估计内侧和Alse双层薄膜的塞贝克系数来测量热电力。观察到塞贝克系数对于内侧和ALSE薄膜为负。

1.介绍

由基团元素II-VI和III-V形成的半导体化合物广泛用于现代技术[1]。他们的带隙位于1.0和2.0 ep之间[2]。它们在地球上大量可用，它们也均在酸或碱性条件下进行化学和电化学稳定[3.]。在这些材料中，硒在制造光学器件中非常有用[4.-6.]。在本作工作中，研究了Inse双层薄膜。由于其在光电器件中的应用而使用内部[7.]， 太阳能电池 [8.]和固态电池[9.]。Inse的结构，电子和电学性质由各种研究人员研究[10.-13.]。

热电（TE）现象可以将施加的温度梯度的直接转化为电力（塞贝克效应）或电力转化为温差（珀耳帖效应）。这种固态技术可以应用于各种应用中[14.]并且最着名的是温度测量的热电偶[15.]。如今，随着持续的化石燃料供应减少和世界能源需求增加，由于潜力提供了可持续的能量供应，因此由于其潜力而闻名。与其他传统发电机相比，热电的可靠性和简单性使得利基应用即使许多传统过程更有效。

塞贝克系数（S.）测量作为时间的函数是分析固体电子性质的重要方法之一。这S.可用于确定多数载波，半导体类型，费米水平位置等的浓度[16.-19.]。在本作工作中，设定旨在计算真空中的塞贝克系数，温度的变化从300到310 K。设置非常紧凑，功耗低，操作易于操作。

在本文中，已经研究了在具有不同厚度比的内侧双层薄膜的结构，光学和热电性质。

2.实验

2.1。材料和方法

在_XSE._1-X双层薄膜相同的厚度（2500‰）和不同的厚度比（X = 0.25, 0.50, and 0.75) were deposited by the thermal evaporation method on a clean glass substrate under a vacuum of 10^-6 mbar. The structural, electrical, and optical measurements of the films were carried on to investigate the effect of annealing temperature and thickness ratio. Prepared bilayer films were also annealed at substrate temperatures of 70°C and 100°C. The thin films were prepared using the thermal evaporation coating unit shown in Figure1。

制备的双层薄膜及其示意图如图所示2。

通过将纯金属铜（Cu）作为参考金属，复合硒薄膜的热电功率测量已经在300-310k的温度范围内进行。热电模块TEC1-12715用于两端样品中的温度差。该模块夹在两个铜板之间。用于样品测试的实验设置如图所示3.。首先通过使用旋转泵到10的粗糙真空将腔室泵送^-3 Torr. Only one end of the sample was heated leading to the creation of a hot junction and a cold junction to create a temperature gradient on the sample.

热电偶用于测量温度梯度（DT.）是K类型。调查的样品保持在铜板上，并且模块的电线连接到恒定电源，以向热电模块提供电压以保持温差。多电表用于测量膜上的电压差。使用以下关系测量塞贝克系数： 在哪里DV.电影上的电压差是电影和DT.是温度梯度。

3.结果和讨论

3.1。X射线衍射研究

为了识别膜的结构，使用X射线衍射方法。沉积的和退火的内部薄膜的XRD图案如图所示4.。XRD光谱在2时显示出多种特征峰θ. = 23.5°, 29°, 41°, 45°, and 52.4° corresponding to the 004, 101, 204, 110, and 201 phases of indium and selenium. Furthermore, no additional peak was observed for the annealed sample as compared to the as-deposited thin film, indicating that no new interfacial phase was formed after annealing. It has also been observed that only peak intensity is increased with an increase in the annealing temperature, which may be due to the small particle size and ordered distribution of the particles, hence resulting in an increase in the order of the crystalline nature of thin films after heat treatment.

3.2。扫描电子显微镜

Inse双层的SEM图像如图所示5.。数字5（a）在退火之前显示图像，以及图5（b）在退火后显示图像。数字5（a）表明，沉积的薄膜表现出光滑的颗粒结构，其在表面均匀出现，并且由于堆叠层沉积也出现了堆叠的结构。退火后，薄膜的表面形态变化显着变化，从图中可以看出5（b）大簇和不均匀的块状出现在球形形状中，并且分布在整个表面上。由于在热处理期间颗粒的附聚，可以形成这些簇。根据这些SEM图像，我们可以得出结论，沉积的薄膜具有部分无定形结构，而退火后，薄膜在自然中成为多晶。

3.3。I-V特征

I-V.通过将电压（≈10V）施加到样品并使用KEITHLEY 2450 SourceMeter施加电压并通过它测量电流来估计内部膜的特性。测量在室温下进行，并且在图中，具有±2-3％误差的不同厚度比的不同厚度比的温度逆的电导率对数的变化6.。

从图中清除，电导率随温度的增加而增加[20.[表示内部薄膜的半导体行为。

观察到电流的增加，因为在内薄膜中增加了铟的浓度。这表明，在增加在线双层薄膜中的铟浓度，室温膜导电性从2.13×10增加^-10到1.80×10^-7（σ.-厘米）^-1与铟的较低浓度相比，如图所示7.。它可能归因于金属与SE薄膜层的相互作用，这导致INSE双层薄膜界面处的电位差的降低，这又预期形成了inse双层薄的晶体结构电影;因此，复合膜的电阻降低或导电性增加。

3.4。光学特性

在高吸收区域，吸收系数（α.）可以根据Tauc [21.Pankove [22.]分别为 在哪里一种是根据过渡概率的常数，是光学带隙，和N是表征光学吸收过程的指标，并且理论上等于2,1 / 2,3和3/2，以便间接允许[23.，直接允许，间接禁止和直接禁止的转换。确定带隙值的方法从图表中获得（αν.）^{1 /N}与Photon EnergyHν.。如果有适当的价值N用于获得线性图，值将由拦截给出Hν.轴。

Inse双层薄膜的吸收边缘位于可见范围内，即，从580nm至620nm，如图所示8.。观察到它在低浓度的铟吸收下，随着退火温度的增加，而对于高铟浓度，吸收随着退​​火温度的增加而增加，这可能是由于能量密度的增加，因为较高的铟浓度随着退火温度进一步增加。

使用Tauc的关系计算制备的内侧双层薄膜的带隙，并在图中示出9.。带隙值总结在表中1和2。

3.5。光学显微照片

在USB光学显微镜的帮助下采用INSE双层的光学显微照片，如图所示10.展示了内侧双层薄膜表面光滑，没有裂缝。

3.6。热电力量

在图中示出了热电电动力，即具有不同厚度比和退火温度的制备的内甲烷和Alse双层薄膜的塞贝克系数11.-14.。

如图所示11.和12.，用组合物中的SE比率降低的电导率的增加表明了半机的行为。

通常，塞贝克系数随着退火温度的增加而增加，如图所示13.和14.。这可能是由于在更高的退火温度下更好的结晶度和消除薄膜的晶界。

沉积膜的塞贝克系数已发现是阴性的，即，电子是主要的电荷载流子，其证实硒化铟和铝酸铝薄膜的n型行为[24.]。

4。结论

通过真空蒸发技术制备了具有不同厚度比的双层薄膜。薄膜是均匀的并且具有良好的粘附基材。XRD薄膜的XSE薄膜确认了内部的形成。SEM图像表明，沉积的薄膜是光滑的，而退火后，薄膜在自然中成为多晶。内部薄膜的带隙能量随厚度比和退火温度的变化而变化。温度升高的电导率的增加证实了内部膜的半导体行为。而且，电导率随着薄膜中的：Se比例的增加而增加。负塞贝克系数证实了沉积的内部和ALSE薄膜的n型行为。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

作者感谢Mempory Research Laboratory，Vivekananda Global University，Jaipur;MRC，Mnit，Jaipur，用于XRD和SEM表征;以及S. S. Sharma Ajmer博士提供了特征的设施。

参考

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