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
[1] 殷磊，丁和勝，袁兆林，等.退火溫度對ZnO納米線陣列形貌、結構和光學特性的影響[J].光電子激光，2018，29(4)：370-376.
[2] 欽蘭云，徐麗麗，楊光，等.退火方式對激光沉積TA15鈦合金組織及力學性能的影響[J].中國激光，2018，45(3)：208-214.
[3] 樊祥澤，李旭，楊慶波，等.退火工藝對連鑄連軋8030鋁合金桿組織和性能的影響[J].金屬熱處理，2018，43(12)：95-100.
[4] 劉學友，劉英，李衛，等.退火對激光熔覆CoCrFeNiB_(0.5)高熵合金涂層組織與電化學性能的影響[J].熱加工工藝，2019，48(8)：197-202，205.
[5] 張旭，劉賢哲，袁煒健，等.退火溫度對旋涂法制備SnO_2薄膜性能的影響[J].發光學報，2019，40(2)：164-170.
[6] 劉后龍，馬明玉，劉玲玲，等.熱軋板退火工藝對19Cr2Mo1W鐵素體不銹鋼織構與成形性能的影響[J].金屬學報，2019，55(5)：566-574.
推薦閱讀：科技核心投稿論文要求有基金嗎
