APCVD法生長ZnO單晶和薄膜.pdf

1、ZnO是寬禁帶直接帶隙、六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子結(jié)合能達(dá)60 meV，具有優(yōu)良的光電性能、壓電性能、磁學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物無毒性。ZnO基材料被認(rèn)為是制備紫外探測器、傳感器、聲表面波器件、薄膜晶體管、短波長激光和發(fā)光二極管等器件的理想候選材料，這使得ZnO基器件成為近些年持續(xù)研究的熱點(diǎn)之一。然而，缺乏高質(zhì)量、低成本、適合商業(yè)應(yīng)用的ZnO晶體和薄膜是制約其相關(guān)器件發(fā)展的一個關(guān)鍵因素。為解決此問題，本

2、論文嘗試了在自組裝的結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉的常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)系統(tǒng)中生長ZnO，并研究了不同生長條件對ZnO的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響，得到了較高質(zhì)量的ZnO單晶體、微納結(jié)構(gòu)薄膜和連續(xù)薄膜。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.用APCVD系統(tǒng)調(diào)控生長ZnO晶體。研究了不同生長溫度(800-900℃)、不同襯底（石英、Si、Al2O3和Au、Pt、ZnO緩沖層）、不同HCl和NH3比值（0-∞)、不同H2O濃度（溫度為60-90℃）、不

3、同襯底位置(距中心5-35 cm)對ZnO晶體生長的影響，初步得到了調(diào)控晶體生長的關(guān)鍵因素。
　　2.用APCVD系統(tǒng)在Al2O3襯底上生長ZnO單晶體。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件既可得到具有規(guī)則六角外形、顯露(0001)晶面的ZnO單晶體，也可得到高密度定向生長的六角ZnO晶體。光學(xué)圖片、SEM、XRD、Raman光譜和PL光譜結(jié)果表明ZnO晶體具有嚴(yán)格的纖鋅礦結(jié)構(gòu)、極高的純度和優(yōu)良的光學(xué)特性。發(fā)現(xiàn)用APCVD系統(tǒng)在Al2O3襯底上生長Z

4、nO晶體的橫向生長速率大于縱向速率，并通過三次連續(xù)生長實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了證實(shí)，繼而深入探討了其橫向外延機(jī)理。
　　3.用APCVD系統(tǒng)在ZnO/Al2O3襯底上生長ZnO納米結(jié)構(gòu)薄膜。采用ZnO同質(zhì)緩沖層可以最大限度減小晶格失配、提高晶體的成核密度和均勻性，分別得到了大面積的納米墻狀和納米孔狀ZnO薄膜。其中，納米墻薄膜的各單片晶體之間具有互成120°夾角的排布規(guī)律，而納米孔薄膜的小孔內(nèi)徑和整體分布極為均勻。研究了納米墻、納米孔ZnO薄膜