化學(xué)浴沉積法制備ZnO薄膜的擇優(yōu)生長(zhǎng)取向及機(jī)制的研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)作為一種新型的直接寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料，一直受到廣泛關(guān)注。ZnO具有室溫下3.37eV的禁帶寬度，60meV的激子束縛能，優(yōu)良的壓電、氣敏、壓敏等特性，而且原材料廉價(jià)豐富、無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好、抗輻射性強(qiáng)。因此，ZnO的諸多方面成為了研究的熱點(diǎn)。其中，薄膜作為ZnO的主要形態(tài)結(jié)構(gòu)，具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　近幾年，隨著ZnO薄膜材料的制備技術(shù)，生長(zhǎng)機(jī)制等的研究的越來(lái)越成熟，很多研究工作開(kāi)始將Zn

2、O薄膜應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。比較看好的領(lǐng)域有光電領(lǐng)域的太陽(yáng)能電池用來(lái)代替多晶硅，發(fā)光二級(jí)管代替GaN薄膜，透明導(dǎo)電玻璃代替ITO，表面聲波，紫外激光器，以及一些特殊的極性轉(zhuǎn)換開(kāi)光等領(lǐng)域。而在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)ZnO薄膜的光電各向異性對(duì)器件的性能影響非常大。所以今年來(lái)，越來(lái)越多的研究工作開(kāi)始針對(duì)控制ZnO薄膜的生長(zhǎng)取向以到達(dá)到其光電性能的優(yōu)化。
　　目前，隨著薄膜制備技術(shù)的發(fā)展和完善，幾乎所有制備方法都可以用于ZnO薄膜的制備。而由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)

3、ZnO的本征偶極矩和自發(fā)極性，使得幾乎所有的方法都很容易制備出c軸取向擇優(yōu)生長(zhǎng)的ZnO薄膜，而非極性取向擇優(yōu)生長(zhǎng)的薄膜的制備則要困難得多。目前能夠成熟地制備非極性取向生長(zhǎng)ZnO薄膜的方法主要有磁控濺射法、分子束外延法、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積等這些非平衡態(tài)的制備方法。這些方法都是利用了與ZnO非極性面有一定錯(cuò)配度的特殊襯底，比如m-或者r-面藍(lán)寶石，γ-LiAlO2，Si和MgO(100)等。利用這些非平衡態(tài)的方法制備出來(lái)的ZnO薄膜都

4、會(huì)因?yàn)橐r底與薄膜之間的錯(cuò)配而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這大大限制了薄膜在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。所以，如何控制好薄膜的擇優(yōu)生長(zhǎng)取向?qū)⒎菢O性薄膜應(yīng)用到光電領(lǐng)域成為ZnO薄膜研究領(lǐng)域的一個(gè)瓶頸。
　　為了避免這種殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，本文從平衡態(tài)的化學(xué)方法中尋找出路。在經(jīng)過(guò)了溶膠-凝膠法、反膠束微乳液法等化學(xué)法的嘗試之后，最后找到了一個(gè)能夠控制薄膜擇優(yōu)生長(zhǎng)取向的化學(xué)浴沉積法。本文就是通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)以及工藝參數(shù)來(lái)達(dá)到利用化學(xué)浴沉積法控制薄膜的擇優(yōu)生長(zhǎng)取向。

5、　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)選用非常薄的顆粒ZnO膜的SG-ZnO薄膜作為襯底，化學(xué)浴時(shí)間為4小時(shí)，化學(xué)浴溫度為80℃時(shí)，以90％的異丙醇和10％的去離子水作為溶劑的時(shí)候，可以制備出質(zhì)量很好的非極性(110)取向擇優(yōu)生長(zhǎng)的ZnO薄膜。當(dāng)其它條件不變，可以通過(guò)改變化學(xué)浴的溶劑來(lái)控制薄膜的擇優(yōu)生長(zhǎng)取向。利用此技巧，本文成功制備出了(002)、(101)、(112)、(110)、(100)取向擇優(yōu)生長(zhǎng)的ZnO薄膜。
　　本文還通過(guò)對(duì)ZnO薄膜的