ZnO-AlN雙層膜的制備與性能研究.pdf

1、ZnO薄膜是一種直接帶隙寬禁帶(3.37eV)半導(dǎo)體材料，具有高的激子束縛能(60meV)。它在光電、壓電、氣敏、壓敏等方面性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性高，目前已在氣敏器件、表面聲波器件和壓敏器件等方面得到較為廣泛的應(yīng)用。目前，由于Si與ZnO的晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)的失配度均很大，難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量 ZnO薄膜的外延生長(zhǎng)，采用中間緩沖層是一種值得研究的工藝。 本文第一章簡(jiǎn)要介紹了ZnO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、性能以及常見的ZnO薄膜制備方法，概述了Z

2、nO作為一種新型薄膜材料的應(yīng)用前景。 第二章較為系統(tǒng)地介紹了濺射機(jī)理以及磁控濺射鍍膜和離子束濺射鍍膜機(jī)理和工藝特點(diǎn)，薄膜的沉積過(guò)程。較為詳細(xì)地介紹了制備AlN緩沖層和ZnO薄膜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹了實(shí)驗(yàn)中用到的薄膜表征技術(shù)。 第三章研究了射頻磁控濺射制備AlN緩沖層的工藝，分析了工作氣壓、襯底、濺射時(shí)間、退火溫度對(duì)緩沖層結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)研究了不同工作氣壓下AlN緩沖層的AFM形貌。結(jié)果表明，0.2Pa下制備的AlN緩

3、沖層適合于(002)擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的ZnO薄膜的制備。 第四章采用射頻磁控濺射制備了ZnO/AlN雙層膜，研究了薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌及光電性能。結(jié)果表明，相比于相同工藝下制備的ZnO/Si薄膜，雙層膜的生長(zhǎng)取向依然是(002)，應(yīng)力減小，結(jié)晶質(zhì)量更好，晶粒平均尺寸增大、均方根粗糙度減小，電阻率變小。AlN緩沖層濺射時(shí)間為60min和90min時(shí)，ZnO層質(zhì)量較優(yōu)，60min時(shí)最好。室溫?zé)晒夤庾V顯示，所有樣品均有372nm附近的紫外本征

4、峰、440nm和464nrn附近的藍(lán)光發(fā)射峰，未見綠光發(fā)射。AlN緩沖層濺射時(shí)間為60min和90min的ZnO/AlN/Si雙層膜的本征峰與藍(lán)光發(fā)射峰強(qiáng)度比較高，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量較好。 第五章采用先離子束濺射Zn金屬膜，后氧氣氛退火(600℃)的二步法制備了ZnO/AlN雙層膜，并研究了其結(jié)構(gòu)和光電性能。結(jié)果表明，在相同工藝下制備的ZnO/Si薄膜呈多晶態(tài)，而雙層膜為(002)擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。與單層膜相比，ZnO/AlN雙層膜的電