鎂鋅氧薄膜及其器件的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、鎂鋅氧(MgZnO)薄膜具有帶隙較寬且連續(xù)可調(diào)、透過率高等特點(diǎn)，被廣泛用在銅銦鎵硒薄膜太陽電池、紫外探測器中。而目前對MgZnO薄膜的研究尚處在實(shí)驗(yàn)室階段，并未投入大范圍的商業(yè)應(yīng)用，因此生長出高質(zhì)量的MgZnO薄膜顯得尤為重要。MgZnO薄膜中Mg元素組分、生長方法、生長條件及后期處理對薄膜性質(zhì)的影響都決定著器件性能的好壞。
　　采用射頻磁控濺射方法生長MgZnO薄膜，重點(diǎn)研究了不同生長條件及后期處理對MgZnO薄膜性質(zhì)的影響。通

2、過改變?yōu)R射時間、濺射功率、生長襯底、濺射靶材中的Mg含量，以及進(jìn)行不同退火時間、不同退火溫度的后期處理，對MgZnO薄膜的結(jié)構(gòu)特性和光學(xué)特性進(jìn)行分析，比較不同條件下生長的薄膜的差異，旨在找出MgZnO薄膜的最佳生長條件。
　　本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　1、研究了濺射時間對MgZnO薄膜性質(zhì)的影響。對濺射時間分別為15min，25min，35min和45min的薄膜進(jìn)行XRD、AFM、透過率測試，分析濺射時間對薄膜

3、結(jié)構(gòu)特性、表面形貌及光學(xué)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著濺射時間的增加，薄膜晶粒尺寸整體呈現(xiàn)變大的趨勢，膜厚變厚，帶隙增加，衍射峰位置右移，這說明MgZnO中Mg/Zn比值隨著濺射時間的增加而變大。
　　2、研究了濺射功率對MgZnO薄膜性質(zhì)的影響。對濺射功率分別為100W，150W，200W的樣品進(jìn)行XRD、SEM、透過率測試，分析濺射功率對薄膜結(jié)構(gòu)特性、表面形貌及光學(xué)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著濺射功率的增大，衍射峰的半高寬減小，說明

4、薄膜結(jié)晶質(zhì)量變好，同時薄膜膜厚增加。而帶隙值的變大和衍射峰位置的右移均說明隨著濺射功率的增加，薄膜中Mg2+/Zn2+比變大，原因是在濺射過程中，Mg2+比Zn2+更容易與O2-結(jié)合，但是濺射功率過大時薄膜晶粒出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，因此150W的濺射功率更有利于高質(zhì)量MgZnO薄膜的生長。
　　3、研究了不同襯底對MgZnO薄膜性質(zhì)的影響。分別在鈉鈣玻璃、石英玻璃、硅以及藍(lán)寶石襯底上濺射生長MgZnO薄膜，通過XRD和透過率的測試結(jié)果，對

5、薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、晶粒尺寸、膜厚、帶隙進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，在藍(lán)寶石和石英襯底上生長的薄膜結(jié)晶質(zhì)量好于在鈉鈣玻璃和硅襯底上生長的薄膜，而在藍(lán)寶石襯底上生長的MgZnO薄膜的透過率低于在石英襯底上的，因此石英為最適合生長MgZnO薄膜的襯底。
　　4、研究了Mg含量對MgZnO薄膜性質(zhì)的影響。我們采用射頻磁控濺射法，在石英玻璃襯底上分別生長了Mg含量為0.16，0.23，0.30和0.38的薄膜，通過對薄膜進(jìn)行XRD和透過率的測試，分析

6、其結(jié)構(gòu)特性和光學(xué)特性，并計(jì)算了其晶粒尺寸、膜厚和禁帶寬度。研究發(fā)現(xiàn)，MgZnO薄膜中Mg含量為0.16和0.23時，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量較好，Mg含量為0.30和0.38的薄膜結(jié)晶質(zhì)量較差。Mg含量為0.16的薄膜的生長速率明顯大于其他三種薄膜。同時，隨著Mg含量的增加，薄膜的帶隙值也不斷變大。
　　5、研究了退火處理對MgZnO薄膜性質(zhì)的影響。我們對MgZnO薄膜在200℃，400℃進(jìn)行60min的退火，并且在300℃對薄膜分別進(jìn)行3