在这项工作中，研究了通过溶胶 - 凝胶旋涂法在玻璃基板上生长的硫化锌（ZnS）薄膜光学性能的反应温度的影响。使用不同的退火温度（300,400和500ºС）进行调查。醋酸锌（Zn（ChGydF4y2Ba_3.GydF4y2BaCOO）GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba.2H.GydF4y2Ba_2GydF4y2Bao）和硫脲（ChGydF4y2Ba_4.GydF4y2BaNGydF4y2Ba_2GydF4y2Bas）用作前体。将2-甲氧基乙醇和单乙醇酰胺分别用作溶剂和稳定剂。光谱椭圆形方法用于计算ZnS薄膜的光学性质，例如折射率，消光系数，介电功能和光带隙能量。由玻璃基板/ ZnS薄膜/表面粗糙度层/空气结构组成的光学模型来计算光学参数。测量的光谱椭圆形参数ψGydF4y2Ba_{exp.GydF4y2Ba}和δGydF4y2Ba_{exp.GydF4y2Ba}通过最小化平均方误差（MSE）来靠近设计的模型。考虑到所获得的数据，可以推导出ZnS膜的光学性质受退火温度的影响。随着薄膜的退火温度的增加，薄膜的折射率增加。从这些，在3.00eV和3.33eV之间测量ZnS膜的光带间隙。GydF4y2Ba

光谱椭圆形测定法;退火温度;薄膜;硫化锌;光学性质。GydF4y2Ba

在这项工作中，研究了通过溶胶 - 凝胶旋涂法在玻璃基板上生长的硫化锌（ZnS）薄膜光学性能的反应温度的影响。使用不同的退火温度（300,400和500ºС）进行调查。醋酸锌（Zn（ChGydF4y2Ba_3.GydF4y2BaCOO）GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba.2H.GydF4y2Ba_2GydF4y2Bao）和硫脲（ChGydF4y2Ba_4.GydF4y2BaNGydF4y2Ba_2GydF4y2Bas）用作前体。将2-甲氧基乙醇和单乙醇酰胺分别用作溶剂和稳定剂。光谱椭圆形方法用于计算ZnS薄膜的光学性质，例如折射率，消光系数，介电功能和光带隙能量。由玻璃基板/ ZnS薄膜/表面粗糙度层/空气结构组成的光学模型来计算光学参数。测量的光谱椭圆形参数ψGydF4y2Ba_{exp.GydF4y2Ba}和δGydF4y2Ba_{exp.GydF4y2Ba}通过最小化平均方误差（MSE）来靠近设计的模型。考虑到所获得的数据，可以推导出ZnS膜的光学性质受退火温度的影响。随着薄膜的退火温度的增加，薄膜的折射率增加。从这些，在3.00eV和3.33eV之间测量ZnS膜的光带间隙。GydF4y2Ba

光谱椭圆形测定法;退火温度;薄膜;硫化锌;光学性质。GydF4y2Ba

ZNS由于其各种应用而引起了可观的研究兴趣，例如光电器件[1]，光致发光[2]，光电导体[3]，光学传感器[4]，磷光体[5]，太阳能电池[6]等。ZnS是一个重要的直接间隙半导体，带隙为≈3.58EV[7]。ZNS薄膜已被多种方法沉积，包括化学气相沉积[8]，原子层外延[9]，RF-溅射[10]，电化学沉积[11]，化学浴沉积[12]和溶胶 - 凝胶法[13]。其中，溶胶 - 凝胶旋涂沉积方法是一种非昂贵且简单的生产覆盖大区域的硫化锌膜。GydF4y2Ba

光谱椭圆形测量（SE）是一种光学测量技术，其特征来自样本的光反射（或透射）[14]。椭圆形测量测量在样品上的光反射时偏振光的变化（或通过样品的光传输）。该方法测量分别表示称为P和S偏振光的光波之间的幅度比和相位差的两个值和相差。在光谱椭圆形测定法中，通过改变光的波长来测量（△，δ）光谱。GydF4y2Ba

在这项工作中，使用光谱椭偏测量测量检查具有不同退火温度的ZnS薄膜的光学性质。描述了通过该方法产生的膜的光学特性。GydF4y2Ba

通过使用旋涂技术通过溶胶 - 凝胶法制体ZnS样品。用Zn制备溶胶（CHGydF4y2Ba_3.GydF4y2BaCOO）GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba.2H.GydF4y2Ba_2GydF4y2Bao和ch.GydF4y2Ba_4.GydF4y2BaNGydF4y2Ba_2GydF4y2BaS分别作为起始前体和2-甲氧基乙醇和单乙醇胺作为溶剂和稳定剂。MEA与乙酸锌的摩尔比保持在1.0。S / Zn摩尔比在混合物中为1。为了获得均相溶液，将其在80º℃下搅拌120分钟。将溶液在室温下老化24小时，以增加其粘度。在沉积之前，用丙酮和甲醇和蒸馏水清洗玻璃基材。使用旋转涂布机在3600rpm的涂层速度下沉积在玻璃基板上沉积ZnS薄膜。沉积后，将薄膜在空气中预热10分钟，以蒸发溶剂并去除有机残留物。热退火在空气中以300,400和500º牌进行一小时。SE方法用于提取层的光学参数，例如光带隙。 Ellipsometry parameters, (Ψ, Δ) were recorded at an incidence angle of 70 º.

椭偏仪是一种间接的光学技术，它通过建模分析获得样品的物理性质信息。采用椭偏光谱法研究了在玻璃基底上生长的ZnS薄膜的光学特性。实验数据在入射角为70º时采集，采用Lorentz模型进行理论拟合。(Ψ， Δ)由p偏振和s偏振的振幅反射系数的比值定义:GydF4y2Ba

$$\mathrm{\rho GydF4y2Ba}\equiv GydF4y2Ba\mathrm{T.GydF4y2Ba}\mathrm{一种GydF4y2Ba}\mathrm{N.GydF4y2Ba}\mathrm{\psi GydF4y2Ba}\mathrm{exp.GydF4y2Ba}（GydF4y2Ba\mathrm{一世GydF4y2Ba}\mathrm{\delta .GydF4y2Ba}）GydF4y2Ba\equiv GydF4y2Ba\frac{{\mathrm{R.GydF4y2Ba}}_{\mathrm{P.GydF4y2Ba}}}{{\mathrm{R.GydF4y2Ba}}_{\mathrm{S.GydF4y2Ba}}}（GydF4y2Ba\mathrm{1GydF4y2Ba}）GydF4y2Ba$$

均方误差用于限定实验和拟合数据之间的差异，并通过以下等式计算。GydF4y2Ba

$${（GydF4y2Ba\mathrm{mGydF4y2Ba}\mathrm{S.GydF4y2Ba}\mathrm{E.GydF4y2Ba}）GydF4y2Ba}_{{\mathrm{\chi GydF4y2Ba}}^{\mathrm{2GydF4y2Ba}}}=GydF4y2Ba\frac{\mathrm{1GydF4y2Ba}}{\mathrm{NGydF4y2Ba}}{\displaystyle \underset{\mathrm{一世GydF4y2Ba}=GydF4y2Ba\mathrm{1GydF4y2Ba}}{\overset{\mathrm{NGydF4y2Ba}}{\sigma .GydF4y2Ba}}\frac{{（GydF4y2Ba\mathrm{mGydF4y2Ba}\mathrm{E.GydF4y2Ba}{\mathrm{S.GydF4y2Ba}}_{\mathrm{一世GydF4y2Ba}}-GydF4y2Ba\mathrm{T.GydF4y2Ba}{\mathrm{HGydF4y2Ba}}_{\mathrm{一世GydF4y2Ba}}）GydF4y2Ba}^{\mathrm{2GydF4y2Ba}}}{{\mathrm{\sigma .GydF4y2Ba}}_{\mathrm{一世GydF4y2Ba}}{}^{\mathrm{2GydF4y2Ba}}}}（GydF4y2Ba\mathrm{2GydF4y2Ba}）GydF4y2Ba$$

其中Σi是第i个数据点的标准偏差，n是数据点的数量，Mesi是第i个实验数据点，并且Thi是来自假设理论模型的第i个计算的数据点。实验和安装之间的最佳匹配当MSE呈现最小值时，数据获得。GydF4y2Ba

用于分析椭圆形数据的模型由玻璃基板，ZnS薄膜，表面粗糙度层和空气组成。通过有效介质近似（EMA）建模表面粗糙度层。添加表面粗糙度层，与单层模型相比，改善了MSE值。用于分析的模型如图1所示。GydF4y2Ba

测量的光谱椭圆形参数ψGydF4y2Ba_{exp.GydF4y2Ba}和δGydF4y2Ba_{exp.GydF4y2Ba}通过最小化平方误差（MSE），在光谱范围内拟合300至800nm的设计模型，如图2所示。GydF4y2Ba

通过光谱椭圆形方法计算的未退火和退火ZnS薄膜的折射率如图3所示。它可以从图3中推导到通过增加退火温度，折射率增加。这可能是由于薄膜空气界面中表面扩散的增加​​和空隙率的减少。在没有退火的情况下制备的膜中，代替均匀的层，它们之间可能是单独的颗粒，它们之间有空隙。这导致低折射率。GydF4y2Ba

获得最高折射率500ºС。通过增加波长，所有样品中的折射率被移位到恒定值，其显示在可见波长区域中的正常分散也可以看出，它可以看出，薄膜为500℃的薄膜的峰值约为360nm波长。围绕该峰的区域称为吸收区域。在该区域中，通过增加波长，吸收样品突然降低。用500℃的退火温度的样品的折射率更类似于在先前的工作中获得的ZnO薄膜的数据[15,16]。这可能是由于通过增加退火温度来氧化的可能性。GydF4y2Ba

利用光谱椭圆法计算出作为具有不同退火温度的ZnS薄膜波长的消光系数，并在图4中示出。GydF4y2Ba

它可以从图4推导到，通过增加波长，所有层的消光系数（k）减小。在可见波长区域中，用500℃的退火温度制备的薄膜与该研究的其他研究相比更透明。在500℃下退火的样品中，吸收边缘发生在较低波长区域。该地区是我们在折射率数据中看到的峰值。突然减少消光系数可能是由于样品中的缺陷。GydF4y2Ba

通过光谱椭偏测量测量方法获得的介质功能的实数和虚部，如图5A和B所示。随着波长的函数，增加了高达500º的退火温度，导致介电函数值的实数和虚部的变化。GydF4y2Ba

在介电函数数据的真实部分中，点εGydF4y2Ba_1GydF4y2Ba消失的称为等离子体频率点。下面，样品显示金属行为，之后看到介电行为。它可以推导出在不退火的情况下制备的薄膜，显示出低于600nm波长的金属行为。这项工作中的所有其他退火样本都显示300-800nm的介电行为。图5B示出了通过增加退火温度，介电函数的虚部增加。GydF4y2Ba

我们根据图6所示的不同退火温度的波长的函数绘制了电导率的真实和虚部的电导部分。使用以下等式计算光导率[17]。GydF4y2Ba

$${\mathrm{\sigma .GydF4y2Ba}}_{\mathrm{1GydF4y2Ba}}=GydF4y2Ba\frac{{\mathrm{\epsilon .GydF4y2Ba}}_{\mathrm{2GydF4y2Ba}}\mathrm{\omega .GydF4y2Ba}}{\mathrm{4.GydF4y2Ba}\mathrm{\pi GydF4y2Ba}}（GydF4y2Ba\mathrm{3.GydF4y2Ba}）GydF4y2Ba$$

$${\mathrm{\sigma .GydF4y2Ba}}_{\mathrm{2GydF4y2Ba}}=GydF4y2Ba\frac{（GydF4y2Ba\mathrm{1GydF4y2Ba}-GydF4y2Ba{\mathrm{\epsilon .GydF4y2Ba}}_{\mathrm{1GydF4y2Ba}}）GydF4y2Ba\mathrm{\omega .GydF4y2Ba}}{\mathrm{4.GydF4y2Ba}\mathrm{\pi GydF4y2Ba}}（GydF4y2Ba\mathrm{4.GydF4y2Ba}）GydF4y2Ba$$

如图6A所示，增加退火的天瓣导致导电性的实际部分增加。通过增加退火温度，膜中的电导率的虚部减小到负值，如图6B所示。我们已经计算了具有不同退火温度的ZnS薄膜中的波长的吸收系数。GydF4y2Ba

使用以下等式测定光学吸收系数[18]。GydF4y2Ba

$$\mathrm{\alpha .GydF4y2Ba}=GydF4y2Ba\frac{\mathrm{4.GydF4y2Ba}\mathrm{\pi GydF4y2Ba}\mathrm{K.GydF4y2Ba}}{\mathrm{\lambda .GydF4y2Ba}}（GydF4y2Ba\mathrm{5.GydF4y2Ba}）GydF4y2Ba$$

其中（k）是消光系数和GydF4y2Ba$\mathrm{\lambda .GydF4y2Ba}$是波长。如图7所示，对于所有膜，可以推导出增加的波长导致吸收系数的减小到可见范围中的恒定值。GydF4y2Ba

光带隙（eGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba）使用吸收系数计算薄膜（GydF4y2Ba$\mathrm{\alpha .GydF4y2Ba}$）由Tauc关系给出[19]给出。GydF4y2Ba

$$\mathrm{HGydF4y2Ba}\mathrm{\upsilon GydF4y2Ba}=GydF4y2Ba\mathrm{一种GydF4y2Ba}{（GydF4y2Ba\mathrm{HGydF4y2Ba}\mathrm{\upsilon GydF4y2Ba}-GydF4y2Ba\mathrm{E.GydF4y2Ba}\mathrm{GGydF4y2Ba}）GydF4y2Ba}^{\mathrm{N.GydF4y2Ba}}（GydF4y2Ba\mathrm{6.GydF4y2Ba}）GydF4y2Ba$$

其中A是能量无关的常数，例如材料的带隙，GydF4y2Ba$\mathrm{HGydF4y2Ba}\mathrm{\upsilon GydF4y2Ba}$是光子能量，n是理论上等于1/2的指标，用于直接带隙半导体，例如ZnS。GydF4y2Ba

能量隙EGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba价值通过在图中的图中的直线推断来计算（GydF4y2Ba$\mathrm{\alpha .GydF4y2Ba}\mathrm{HGydF4y2Ba}\mathrm{\upsilon GydF4y2Ba}$）GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba相对GydF4y2Ba$\mathrm{HGydF4y2Ba}\mathrm{\upsilon GydF4y2Ba}$朝向能量轴线曲线。（GydF4y2Ba$\mathrm{\alpha .GydF4y2Ba}\mathrm{HGydF4y2Ba}\mathrm{\upsilon GydF4y2Ba}$）GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba用光子能量GydF4y2Ba$\mathrm{HGydF4y2Ba}\mathrm{\upsilon GydF4y2Ba}$如图8所示。在3.00和3.33eV之间测量ZnS薄膜的光带间隙。400ºС退火温度的薄膜具有最高的带隙能量（3.33eV）。GydF4y2Ba

光带间隙的增加可能归因于薄膜的结构和形态变化[20,21]。解释光带间隙变化的其他可能性可能与该点有关，即高温退火导致从立方体到六边形相的转变[22]。GydF4y2Ba

所有薄膜的光带间隙能量的计算值示于表1中。在这项工作中，Wemple和Didomenico振荡器模型可用于估计薄膜的能带结构。在Wemple和Didomenico模型中，每个电子被认为是振荡器。该模型建议在光谱范围内，其中一个振荡器被认为比其他振荡器的其余部分更强烈[23]。GydF4y2Ba

可以分析以获得自由电荷载流子浓度N的折射率如下[24]：GydF4y2Ba

其中，εGydF4y2Ba_∞GydF4y2Ba是高频介电常数，n是自由电荷载流子浓度，εGydF4y2Ba_0.GydF4y2Ba是自由空间的介电常数，E是电子的电荷，C是光的速度，M *是电荷载体的有效质量。从ε的线性依赖GydF4y2Ba_2GydF4y2Bavs.λ.GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba，可以获得n（如图9所示）。GydF4y2Ba

在这项工作中，通过溶胶 - 凝胶旋转涂布方法制备ZnS薄膜，并且使用光谱椭偏测量法测定具有不同退火温度的膜的光学性质。所产生的数据表明，发现ZnS薄膜的带间隙能量取决于退火温度。具有400º的退火温度的薄膜具有最高的带隙能量（3.33eV），因此ZnS薄膜沉积的优选退火温度为/p>GydF4y2Ba