退火溫度對(duì)磁控濺射氧化鋅薄膜的影響及其物性研究.pdf_第1頁(yè)
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1、氧化鋅是直接帶隙半導(dǎo)體材料,具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),禁帶較寬,激子束縛能很高,具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。制備的氧化鋅薄膜具有良好光電、壓電等特性,同時(shí)原料來(lái)源廣泛、價(jià)格較低,正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)使其成為近些年來(lái)半導(dǎo)體材料研究的重點(diǎn)。在太陽(yáng)能電池、透明電極、LED顯示器等領(lǐng)域內(nèi)被普遍使用,未來(lái)應(yīng)用前景十分光明。目前,氧化鋅薄膜相關(guān)制備方法分為化學(xué)和物理兩個(gè)大類(lèi),主要包括溶液-凝膠法、氣相沉積法、分子束外延法、脈沖激光沉淀、磁控濺射等。本文使

2、用多靶位共濺射新型射頻磁控濺射系統(tǒng),在單晶Si襯底上制備氧化鋅薄膜并進(jìn)行退火處理,研究不同退火溫度對(duì)氧化鋅薄膜的形貌、結(jié)晶、光致發(fā)光等物性的影響。
  本研究主要內(nèi)容包括:⑴利用射頻磁控濺射沉積氧化鋅薄膜,選擇(111)單晶硅(Si)作為襯底,生長(zhǎng)室的背底真空為5×10-5Pa,濺射壓強(qiáng)為2Pa,襯底溫度為300℃,氬氣和氧氣流量分別為20sccm和10sccm,濺射功率為75W,靶基距為~80mm,生長(zhǎng)時(shí)間為60分鐘。然后在空氣

3、氣氛下進(jìn)行退火處理,在大氣壓強(qiáng)下恒溫退火120分鐘,改變退火溫度分別為300℃、400℃、500℃、600℃和700℃。⑵使用原子力顯微鏡表征了氧化鋅薄膜的表面形貌,從原子力顯微鏡對(duì)樣品形貌的表征分析可知,在退火溫度500℃時(shí)氧化鋅薄膜最光滑,晶粒均勻致密,表面粗糙度較小。使用X射線(xiàn)衍射表征分析氧化鋅薄膜的結(jié)晶性質(zhì),通過(guò)對(duì)比分析可知,隨著退火溫度的升高,氧化鋅(002)衍射峰向高角度方向移動(dòng),半高寬也逐漸減小。500℃和700℃退火處理

4、后氧化鋅薄膜具有更好的晶體性質(zhì)。還測(cè)試了氧化鋅薄膜的光致發(fā)光光譜,從光譜中可以看到,退火處理后400 nm附近的發(fā)光子峰消失,紫外發(fā)射強(qiáng)度變化不大,可見(jiàn)區(qū)的黃綠光發(fā)射受到了明顯抑制。氧化鋅薄膜的紫外-可見(jiàn)發(fā)光比在經(jīng)600℃退火處理后達(dá)到最大。⑶在空氣中500℃退火處理后,氧化鋅薄膜具有更好的表面形貌和較好的結(jié)晶及發(fā)光性質(zhì)。本論文的研究工作為后續(xù)氧化鋅薄膜及其合金材料生長(zhǎng)和光發(fā)射器件制備奠定了前期工作基礎(chǔ),同時(shí)也可以為其他氧化物薄膜熱處理

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