沉積氣壓對ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能影響.pdf

1、ZnO薄膜是一種直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有較高的激子束縛能(60eV)，即使在室溫條件下激子也不會分解，具有多種用途，因此近年來對ZnO基半導(dǎo)體材料的研究越來越為人們所重視，為了研究沉積氣壓對磁控濺射制備Zno薄膜的結(jié)構(gòu)與性能的影響，本文采用CS-400射頻磁控濺射法在不同的沉積氣壓(0.5Pa-5Pa)下分別在Si(111)及石英基底上成功的制備了ZnO薄膜和25％N2氣氛下Zn0.975Cu0.025O薄膜，采用X射線衍射(XRD)

2、、掃描電鏡(SEM)、紫外-可見分光光度計(jì)等分析測試手段，研究了樣品的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)學(xué)性能等。重點(diǎn)研究了不同的沉積氣壓對ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響。 結(jié)果如下： 一.采用CS-400型射頻磁控濺射儀在Si(111)和石英基底上成功的制備了ZnO薄膜，對不同沉積氣壓下的ZnO膜進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的研究。XRD和SEM測試結(jié)果顯示了在合適的沉積氣壓(>2.0Pa)下，制備出結(jié)晶良好，具有良好c軸擇優(yōu)取向的Zn

3、O膜，隨著沉積氣壓的上升，晶粒尺寸先變大再變小，結(jié)晶質(zhì)量先變好再變差，同時通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)薄膜的晶格常數(shù)c也隨之增大，薄膜的(002)峰位向小角方向偏移。在ZnO薄膜的透射譜研究中，發(fā)現(xiàn)在可見光區(qū)域的平均透過率超過80％，陡峭的吸收邊在380nm左右，所對應(yīng)的光學(xué)帶隙約為3.23eV-3.27eV，隨著沉積氣壓的上升變化很小。我們認(rèn)為所有的光學(xué)性質(zhì)都來源于物質(zhì)電子的電磁輻射作用，所以不同沉積氣壓下ZnO薄膜的PL譜大致類似。然而通過純Ar氣

4、氛下制備的ZnO薄膜和25％N2氣氛下ZnO薄膜的對比，由于25％N2氣氛下ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)和純Ar氣氛下制備的ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)并無很大區(qū)別，我們認(rèn)為當(dāng)采用N2作為摻雜源時，N2并沒有被激發(fā)成為活性氮，難以形成穩(wěn)定的有效濃度的N摻雜ZnO。 二.對25％N2氣氛不同沉積氣壓條件下制備的Zn0.975Cu0.025O和ZnO薄膜進(jìn)行了結(jié)構(gòu)對比。不同沉積氣壓下Zn0.975Cu0.025O薄膜樣品具有良好c軸擇優(yōu)

5、取向，Cu的摻雜提高了薄膜的C軸的擇優(yōu)取向；Zn0.975Cu0.025O薄膜的XRD衍射的(002)衍射峰在沉積氣壓為4.0Pa時最強(qiáng)，半高寬最窄和晶粒尺寸最大，ZnO薄膜在2.0Pa時衍射峰最強(qiáng)，半高寬最窄和晶粒尺寸最大；Zn0.975Cu0.025O薄膜的c軸晶格常數(shù)比ZnO薄膜樣品的c軸品格常數(shù)大，使得垂直于C軸的壓應(yīng)力偏大；隨著沉積氣壓的升高Zn0.975Cu0.025O薄膜片狀顆粒逐漸減少而較小的球狀顆粒逐漸增多；樣品中Cu