脈沖激光沉積法生長硅基ZnO及特性研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種寬帶隙(室溫下3.37eV)Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，激子結(jié)合能為60meV，具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。晶格常數(shù)a=0.3249nm，c=0.5206nm。傳統(tǒng)上，ZnO是一種具有很大壓電系數(shù)的壓電材料。利用ZnO也制造出了表面聲學(xué)波器件(SAW)。因為其基于氧空位的特殊導(dǎo)電機制，ZnO還可以用于氧氣傳感器。像氧化銦和氧化錫一樣，ZnO在可見光區(qū)域是透明的，而且適當(dāng)摻雜如摻鋁后可以導(dǎo)電，這種特性被廣泛研究用于平板顯示器和太陽

2、能電池的透明導(dǎo)電電極。近幾年，ZnO作為寬禁帶半導(dǎo)體受到人們越來越多的重視。和目前最成功的寬禁帶半導(dǎo)體材料GaN相比，ZnO具有很多優(yōu)點。ZnO薄膜的生長溫度一般低于700℃比GaN(生長溫度1050℃)要低得多；ZnO薄膜在室溫下光致發(fā)光和受激輻射有較低的閾值功率和很高的能量轉(zhuǎn)換效率；ZnO有較高的激子復(fù)合能(60meV)，理論上有可能實現(xiàn)室溫下較強的紫外受激發(fā)射，制備出較好性能的探測器、LED和LD等光電子器件。 ZnO薄膜

3、的制備的主要方法有：磁控濺射、金屬有機化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、分子束外延、電子束蒸發(fā)沉積、噴霧熱分解、溶膠-凝膠法、薄膜氧化法等。各種方法各有優(yōu)缺點。根據(jù)需要制備相應(yīng)的高質(zhì)量的薄膜是ZnO薄膜應(yīng)用的關(guān)鍵。通常認(rèn)為理想的ZnO薄膜具有高的c軸擇優(yōu)取向。我們利用脈沖激光沉積(PLD)方法制備了ZnO薄膜。和其它方法相比，PLD方法具有很多優(yōu)點，如操作簡單，反應(yīng)過程迅速，可以實現(xiàn)一步合成，組分不會變化，可以在相對較高的氧分壓和較低的溫度下

4、沉積。通常，利用PLD方法生長ZnO薄膜選擇藍(lán)寶石或者硅(001)為襯底，采用的激光器是波長為248nm的KrF準(zhǔn)分子激光器或者波長為355m的Nd：YAG激光器。本文中我們首次采用波長為1064nm的Nd：YAG激光器在n型硅(111)襯底上生長了ZnO薄膜，研究了各種襯底、襯底溫度、氧分壓和退火溫度對ZnO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)以及光學(xué)特性的影響。利用脈沖激光沉積方法在最佳條件下得到了均勻、致密、沿c軸擇優(yōu)取向生長的具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的Zn

5、O薄膜。 ZnO薄膜的晶體取向和結(jié)晶質(zhì)量用RigakuD/max-rB型號的X射線衍射(XRD)儀進(jìn)行測量。光致發(fā)光譜(PL)的測量采用SL50-B和FLS920型號的熒光分光光度計進(jìn)行，用氙燈發(fā)出的280nm和310nm的光進(jìn)行激發(fā)，來測量薄膜的光學(xué)特性。薄膜的表面形貌和結(jié)構(gòu)采用HitachiS-570型的掃描電子顯微鏡(SEM)和PARKAUTOPROBECP型的原子力顯微鏡(AFM)來進(jìn)行表征。晶粒尺寸和選區(qū)電子衍射(SA