Te纳米粒子体积分数影响Sb2Te3基薄膜微观结构

1）X射线结构分析（XRD）

图6-25　不同Te体积分数的Sb2Te3薄膜的XRD谱图

不同Te体积分数的Sb2Te3薄膜的XRD谱图如图6-25所示，Te的体积分数从0%（Te0）、17%（Te1）、29%（Te2）增加到45%（Te4）。由图6-25可以看出，整体上所有的样品的衍射峰都对应于斜方六面体相（JCPDS 15-0874，R3-m），从而获得了属于R3-m空间群的Sb2Te3样品。当引入Te纳米粒子时，随着Te体积分数的增加，Te纳米粒子对样品的影响主要集中在两方面。一方面，初始强度比较弱的峰强度增强了，而某些初始强度强的衍射峰强度变弱了，这种变化归因于Te对Sb2Te3薄膜生长取向的影响。随着Te体积分数的增加，Sb2Te3薄膜逐渐趋于（00l）方向生长。另一方面，随着Te体积分数的增加，在衍射角为45.89°和64.37°处出现了新的衍射峰，分别对应于单晶Te的（003）（JCPDS 65-3370）和（116）（JCPDS 23-1000）晶面。这便证明了在Sb2Te3薄膜中引入了Te纳米晶粒后，Te的（003）晶面的存在可能有助于Sb2Te3薄膜沿（00l）方向生长。通过谢乐公式可以算得Sb2Te3薄膜的晶粒尺寸。随着Te体积分数的增加，Sb2Te3样品的中Sb2Te3的晶粒尺寸逐渐增大，从13.5 nm（Te0）、14.7 nm（Te1）、16.3 nm（Te2）一直增大到21.9 nm（Te4）。晶粒的增大可能是由于样品的厚度增加，然而即使样品厚度达到数百纳米，晶粒尺寸却没有达到相同数量级，这是由于Te的插入阻断了晶粒生长。

2）场发射扫描电镜（FESEM）

Sb2Te3薄膜样品的表面形貌随着Te体积分数增大的变化从图6-26的SEM测试结果中可以清晰地看到。在没有引入Te纳米粒子的样品Te0中，样品表面由均匀的Sb2Te3晶粒组成，没有明显的纳米粒子出现。当Te层交替生长引入到Sb2Te3样品中，样品中出现了纳米粒子，Te纳米粒子以岛状形式生长，岛的尺寸直接正比于Te体积分数。从图6-26中也可以清楚看到，随着Te体积分数的增加，纳米粒子的直径逐渐增大。

图6-26　不同Te体积分数的Sb2Te3薄膜的SEM图

（a）0%；（b）17%；（c）29%；（d）45%

图6-27为Te体积分数为17%时Sb2Te3薄膜的表面和截面SEM图。从表面SEM可以看出，Te纳米粒子平均直径约为5 nm，平均面密度约为160μm-2，Te纳米粒子均匀分布在Sb2Te3薄膜样品表面，从制备过程推测，Sb2Te3薄膜样品内部也均匀分布着Te纳米粒子。从Sb2Te3薄膜样品的截面SEM图可以看出，Te纳米粒子均匀地镶嵌在Sb2Te3薄膜中。

3）原子力显微镜（AFM）(www.xing528.com)

不同Te体积分数的Sb2Te3薄膜的AFM图如图6-28所示，所有图的扫描尺寸为1μm×1μm。通过AFM测试可以得到样品表面粗糙度，进而推测表面处Te纳米粒子直径大小的变化。当Te体积分数分别为0%（Te0）、17%（Te1）、29%（Te2）和45%（Te4）时，对应的Sb2Te3薄膜样品表面粗糙度分别为2.08 nm、2.32 nm、2.67 nm和4.78 nm。表面粗糙度随着Te体积分数增大的变化是受Te纳米粒子的影响。

4）透射电子显微镜（TEM）

图6-27　Te体积分数为17%时Sb2Te3薄膜的SEM图

（a）表面；（b）截面

图6-28　不同Te体积分数的Sb2Te3薄膜的AFM图

（a）0%；（b）17%；（c）29%；（d）45%

图6-29　Te体积分数为17%时Sb2Te3薄膜的TEM图

当Te体积分数为17%时，Sb2Te3薄膜样品的TEM图如图6-29所示，由图中看出，Te纳米粒子均匀分布在Sb2Te3薄膜样品中，同时经过分析计算得到Te纳米粒子的直径约为5 nm，这与SEM获得的数据相一致。