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本文采用硫化工艺,对溅射Fe膜和Fe氧化物膜及Fe纳米线进行硫化处理。对FeS2的晶体结构、光电性能、表面化学成分、带结构、衬底影响等进行了系统的测试和分析;初步探讨了掺杂FeS2的电子结构信息。
采用AAO技术与硫化工艺结合制备了FeS2纳米线阵列,硫化后得到的FeS2纳米线保持了硫化前Fe纳米线的有序阵列。在硫化过程中,随温度的升高,结晶程度增强;723 K硫化时间大于4小时对FeS2结晶尺寸影响较小。硫元素在表面除以FeS2存在外,仍有一部分以多聚体或单质形式吸附在纳米线上。
在Si衬底上生长FeS2薄膜时,容易生成硫的单质相,如S8,S6S10等。
对各种条件下合成的FeS2薄膜进行了近边吸收谱和表面化学成分分析。在FeS2费米能级附近,有较强的Fe3d态密度存在;S3p与Fe3d电子对导带都有贡献。在导带上方仍存在第二能隙,其宽度约为2.8 eV。Fe的3d轨道在八面体配位场作用下,其能级分裂为t2g和eg轨道,由Fe的吸收谱计算得到两分裂能级之差为2.1 eV。EXAFS结果表明,Fe中心原子与最近邻的Fe原子层结合较紧密;在哑铃状S2结构中,一端S更靠近中心Fe原子,另一端S原子更远离中心Fe原子,导致S-S键长增大。
少量的掺杂对FeS2本身的八面体晶体场结构并没有改变,掺入Zn与Co后,FeS2导电性能由p型向n型转变,两种元素增加了载流子浓度,同时也改变了施主能级和受主能级。