濺射法制備ZnO薄膜及其表面統(tǒng)計特性.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種寬帶隙(室溫下3.3eV)Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體，激子結合能為60meV，具有六方纖鋅礦結構。晶格常數(shù)a=0.3249nm，c=0.5206nm。ZnO薄膜具有良好的透明導電性、壓電性、光電性、氣敏性、壓敏性、且易于與多種半導體材料實現(xiàn)集成化。本文實驗所采用的磁控濺射法，在最佳條件下可以得到均勻、致密、有良好的c軸取向性和可見光波段透明性好等優(yōu)點的薄膜，使得它成為在ZnO制備中研究最多并且最廣泛使用的方法。最近，由于

2、在光電領域的潛在應用，ZnO薄膜及其形貌特征得到了廣泛的關注。表面形貌是薄膜力學和光學特征主要特征之一，比如：薄膜的磁場強度會隨著接觸表面粗糙度的改變而改變，金屬薄膜的電導依賴于其表面粗糙度。但是，隨機表面形貌的高度分布是以位置坐標為變量的隨機過程，難以用嚴格的數(shù)學表達式來表示，所以一般采用統(tǒng)計函數(shù)或高度自相關函數(shù)等統(tǒng)計參量來描述薄膜隨機表面。本文采用射頻磁控濺射的方法，分別在石英玻璃和硅襯底上濺射ZnO薄膜，濺射氣壓分別為0.5Pa和

3、0.7Pa。實驗本底真空為4.5×10-4Pa，濺射功率120W，氧氣和氬氣流量分別為4 SCCM和16 SCCM，濺射時間2小時，采用原子力顯微鏡觀察其表面形貌。本文著重分析研究了薄膜生長條件(不同襯底、不同濺射氣壓)對ZnO薄膜表面形貌的影響，并作了相應的比較。采用高斯相關表面的方法研究ZnO薄膜的形貌特征，引用高斯模型中方均根粗糙度w和橫向相關長度ζ等參量來描述薄膜隨機表面的相關特征。用數(shù)值計算的方法得到樣品表面的高度自相關函數(shù)和