退火溫度對磁控濺射氧化鋅薄膜的影響及其物性研究.pdf

1、氧化鋅是直接帶隙半導體材料，具有六方纖鋅礦結構，禁帶較寬，激子束縛能很高，具有耐高溫、化學穩(wěn)定性高等特點。制備的氧化鋅薄膜具有良好光電、壓電等特性，同時原料來源廣泛、價格較低，正是因為這些優(yōu)點使其成為近些年來半導體材料研究的重點。在太陽能電池、透明電極、LED顯示器等領域內(nèi)被普遍使用，未來應用前景十分光明。目前，氧化鋅薄膜相關制備方法分為化學和物理兩個大類，主要包括溶液-凝膠法、氣相沉積法、分子束外延法、脈沖激光沉淀、磁控濺射等。本文使

2、用多靶位共濺射新型射頻磁控濺射系統(tǒng)，在單晶Si襯底上制備氧化鋅薄膜并進行退火處理，研究不同退火溫度對氧化鋅薄膜的形貌、結晶、光致發(fā)光等物性的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用射頻磁控濺射沉積氧化鋅薄膜，選擇(111)單晶硅(Si)作為襯底，生長室的背底真空為5×10-5Pa，濺射壓強為2Pa，襯底溫度為300℃，氬氣和氧氣流量分別為20sccm和10sccm，濺射功率為75W，靶基距為~80mm，生長時間為60分鐘。然后在空氣

3、氣氛下進行退火處理，在大氣壓強下恒溫退火120分鐘，改變退火溫度分別為300℃、400℃、500℃、600℃和700℃。⑵使用原子力顯微鏡表征了氧化鋅薄膜的表面形貌，從原子力顯微鏡對樣品形貌的表征分析可知，在退火溫度500℃時氧化鋅薄膜最光滑，晶粒均勻致密，表面粗糙度較小。使用X射線衍射表征分析氧化鋅薄膜的結晶性質，通過對比分析可知，隨著退火溫度的升高，氧化鋅（002）衍射峰向高角度方向移動，半高寬也逐漸減小。500℃和700℃退火處理

4、后氧化鋅薄膜具有更好的晶體性質。還測試了氧化鋅薄膜的光致發(fā)光光譜，從光譜中可以看到，退火處理后400 nm附近的發(fā)光子峰消失，紫外發(fā)射強度變化不大，可見區(qū)的黃綠光發(fā)射受到了明顯抑制。氧化鋅薄膜的紫外-可見發(fā)光比在經(jīng)600℃退火處理后達到最大。⑶在空氣中500℃退火處理后，氧化鋅薄膜具有更好的表面形貌和較好的結晶及發(fā)光性質。本論文的研究工作為后續(xù)氧化鋅薄膜及其合金材料生長和光發(fā)射器件制備奠定了前期工作基礎，同時也可以為其他氧化物薄膜熱處理