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水溶液化学法生长α-Fe_2O_3薄膜及其半导体性能研究

程凤  黄可龙  刘素琴  
【摘要】:采用含0.1 M FeCl_2和1 M NaNO_3的水溶液为反应物,用盐酸调节PH至1.25;然后,将反应溶液转移到带盖的玻璃瓶内,放入导电玻璃FTO(导电面朝上),95℃保温10h,得到前躯体。将前躯体冲洗,干燥后,在550℃下煅烧1h,得到砖红色的透明薄膜。XRD检测结果表明产物为单晶α-Fe_2O_3。对产物进行紫外可见光吸收光谱分析,如图1所示,600nm起有光吸收,与理论上α-Fe_2O_3的能隙2.2eV一致,主要吸收区域在300~550nm。以α-Fe_2O_3薄膜为工作电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,Pt片为对电极,1 M KOH为电解液,组成三电极体系,测试其Mott-Schottky曲线(如图1所示)。根据Mott-Schottky公式,Mott-Schottky曲线线性部分斜率代表多数载流子浓度,与横坐标轴的截距值为平带电势。由图2得出,所制备的α-Fe_2O_3薄膜为N型半导体,其电子浓度为2.927×10~9cm~(-3),平带电势约为—0.79 V。α-Fe_2O_3薄膜在黑暗和光照中的电势分别为—0.20V和—0.25V。在光照和黑暗交替时,电势能很快响应。出现这个现象是因为N型半导体与电解液接触的表面形成耗尽层,在光照条件下,材料价带上的电子跃迁到导带,导带上的电子沿弯曲的能带迁移到材料本体,空穴迁移到表面,使材料本体的电势变得更负。研究结果表明,水溶液化学生长法制备出的α-Fe_2O_3薄膜有很好的光敏性,能吸收600nm以下的光,是潜在的可见光分解水制氢的半导体材料。

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