磁控濺射及直接氧化法制備氧化鋅薄膜及其結(jié)構(gòu)與性質(zhì).pdf

1、氧化鋅是一種新型的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。氧化鋅一般情況下為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。它在很多領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。例如：發(fā)光二極管、紫外探測(cè)器、壓電器件、透明導(dǎo)電膜或電極、太陽(yáng)能電池、氣敏傳感器、表面聲波諧振器等。由于巨大的商業(yè)價(jià)值寬禁帶半導(dǎo)體化合物引起巨大關(guān)注，工業(yè)界和研究人員對(duì)氧化鋅的研究和開(kāi)發(fā)做出了大量工作。
　　本文采用了兩種工藝制備氧化鋅薄膜。第一種是反應(yīng)射頻磁控濺射，通

2、過(guò)在氧氣氛下濺射鋅靶制備氧化鋅薄膜，工藝參數(shù)包括基片溫度、氣體流量比、濺射功率、工作氣壓。第二種是直接氧化法，通過(guò)直接加熱氧化磁控濺射沉積的金屬鋅薄膜制備氧化鋅薄膜，制備工藝參數(shù)包括氧化溫度和保溫時(shí)間。通過(guò)對(duì)各工藝參數(shù)的系統(tǒng)研究，得到了氧化鋅薄膜的合成規(guī)律，揭示了本工作所合成氧化鋅薄膜的結(jié)構(gòu)特征和性質(zhì)，建立了合成工藝與薄膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　利用X-射線衍射、Raman光譜及掃描電子顯微鏡對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析測(cè)試，并利用

3、光致發(fā)光方法研究了薄膜的發(fā)光性質(zhì)。
　　實(shí)驗(yàn)表明，磁控濺射過(guò)程中基材溫度對(duì)氧化鋅薄膜的結(jié)構(gòu)具有重要影響，薄膜的結(jié)晶性隨基片溫度的升高而得到改善，晶粒尺寸隨溫度升高而增大。源于缺陷的發(fā)光隨基片溫度升高而變?nèi)酰湓蚴歉邷囟认轮苽涞臉悠啡毕菝芏容^低。而氣體流量比，濺射功率和沉積系統(tǒng)氣壓對(duì)氧化鋅薄膜生長(zhǎng)的影響不如基片溫度那么明顯。根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道的內(nèi)容對(duì)氧化鋅薄膜的發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了討論，對(duì)本工作中氧化鋅的發(fā)光特征進(jìn)行了嘗試

4、性的解釋。
　　較之磁控濺射，直接氧化法制備可得到質(zhì)量較高的氧化鋅薄膜。在較低氧化溫度下制備的氧化鋅薄膜保持了鋅膜的形貌，在氧化溫度較高時(shí)晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大。所有的樣品都是多晶結(jié)構(gòu)，沒(méi)有明顯的優(yōu)先取向。在熱氧化制備的薄膜中觀察到明顯的帶間躍遷發(fā)光峰，由帶間躍遷前產(chǎn)生的紫外發(fā)光隨保溫時(shí)間的增加而變強(qiáng)，在較低溫度時(shí)，隨氧化溫度升高而變強(qiáng)。缺陷發(fā)光強(qiáng)度呈現(xiàn)與帶間躍遷發(fā)光相反的規(guī)律。在采用低溫和高溫連續(xù)兩步氧化制備的樣品中，觀察到ZnO納米線的