射頻磁控濺射法制備氧化鋅薄膜及其特性的研究.pdf

1、ZnO是一種新型的Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙化合物半導(dǎo)體，禁帶寬度為3.37eV,激子束縛能為60meV具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。ZnO薄膜具有廣泛的應(yīng)用，如ZnO薄膜可以制成表面聲波諧振器、壓電器件、壓敏器件、透明電極、氣敏傳感器、導(dǎo)電膜等。近年來，隨著短波器件的廣泛應(yīng)用，直接寬帶半導(dǎo)體材料的研究越來越受人們的重視，對氧化鋅薄膜材料的研究和開發(fā)在國內(nèi)外科學(xué)界及工業(yè)部門引起了極大的關(guān)注和興趣。 ZnO薄膜制備的主要方法有：磁控濺射、金屬有機(jī)化學(xué)

2、氣相沉積、脈沖激光沉積、分子束外延、電子束蒸發(fā)沉積、噴霧熱分解、溶膠.凝膠法、薄膜氧化法等。各種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)需要制備相應(yīng)的高質(zhì)量的薄膜是ZnO薄膜應(yīng)用的關(guān)鍵，同時(shí)制備成本也是必須考慮的重要因素。通常認(rèn)為理想ZnO薄膜具有高的c軸擇優(yōu)取向。磁控濺射在最佳條件下可以得到均勻、致密、有良好的c軸取向性和可見光波段透明性好等優(yōu)點(diǎn)的薄膜，使得它成為在ZnO制備中研究最多并且使用最廣泛的方法。本課題采用RF反應(yīng)磁控濺射制備了ZnO薄膜并對其

3、進(jìn)行探索性研究。研究內(nèi)容主要包括：射頻磁控濺射工藝條件對ZnO薄膜結(jié)構(gòu)特性和表面形貌的影響、對ZnO薄膜光學(xué)特性的影響，以及ZnO發(fā)光機(jī)理的探討。薄膜的結(jié)構(gòu)特性用XRD進(jìn)行了分析，薄膜的表面形貌通過原子力顯微鏡進(jìn)行表征，薄膜的透射光譜用紫外.可見雙光束分光光度計(jì)進(jìn)行測量，發(fā)光性質(zhì)用光柵光譜儀進(jìn)行了分析。 研究結(jié)果表明利用射頻磁控濺射法工藝，在功率為100W，真空度為2×10<'-4>Pa，靶基距為70mm左右，濺射時(shí)間為60分鐘

4、，基片為單面拋光的(100)硅片，基片溫度200℃、氬氧比為2：3的條件下得到了結(jié)晶質(zhì)量良好的ZnO薄膜；通過退火可以使薄膜應(yīng)力得到馳豫，降低缺陷濃度，改善薄膜的結(jié)構(gòu)特性。本實(shí)驗(yàn)采用射頻磁控濺射的方法，探索出制備ZnO薄膜的最佳工藝條件，最終在(100)硅襯底基片上制備出了較高c軸取向的ZnO薄膜。但是由于試驗(yàn)條件限制，在發(fā)光試驗(yàn)的測試中，我們只觀察到了在350nm處的一個(gè)明顯的發(fā)射峰和在480nm處的微弱的峰，對此本文也進(jìn)行了探索性分