ZnO-AlN雙層膜的制備與性能研究.pdf

1、ZnO薄膜是一種直接帶隙寬禁帶(3.37eV)半導(dǎo)體材料，具有高的激子束縛能(60meV)。它在光電、壓電、氣敏、壓敏等方面性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性高，目前已在氣敏器件、表面聲波器件和壓敏器件等方面得到較為廣泛的應(yīng)用。目前，由于Si與ZnO的晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)的失配度均很大，難以實現(xiàn)高質(zhì)量 ZnO薄膜的外延生長，采用中間緩沖層是一種值得研究的工藝。 本文第一章簡要介紹了ZnO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、性能以及常見的ZnO薄膜制備方法，概述了Z

2、nO作為一種新型薄膜材料的應(yīng)用前景。 第二章較為系統(tǒng)地介紹了濺射機理以及磁控濺射鍍膜和離子束濺射鍍膜機理和工藝特點，薄膜的沉積過程。較為詳細地介紹了制備AlN緩沖層和ZnO薄膜的實驗過程，同時簡要介紹了實驗中用到的薄膜表征技術(shù)。 第三章研究了射頻磁控濺射制備AlN緩沖層的工藝，分析了工作氣壓、襯底、濺射時間、退火溫度對緩沖層結(jié)構(gòu)的影響，同時研究了不同工作氣壓下AlN緩沖層的AFM形貌。結(jié)果表明，0.2Pa下制備的AlN緩

3、沖層適合于(002)擇優(yōu)取向生長的ZnO薄膜的制備。 第四章采用射頻磁控濺射制備了ZnO/AlN雙層膜，研究了薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌及光電性能。結(jié)果表明，相比于相同工藝下制備的ZnO/Si薄膜，雙層膜的生長取向依然是(002)，應(yīng)力減小，結(jié)晶質(zhì)量更好，晶粒平均尺寸增大、均方根粗糙度減小，電阻率變小。AlN緩沖層濺射時間為60min和90min時，ZnO層質(zhì)量較優(yōu)，60min時最好。室溫熒光光譜顯示，所有樣品均有372nm附近的紫外本征

4、峰、440nm和464nrn附近的藍光發(fā)射峰，未見綠光發(fā)射。AlN緩沖層濺射時間為60min和90min的ZnO/AlN/Si雙層膜的本征峰與藍光發(fā)射峰強度比較高，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量較好。 第五章采用先離子束濺射Zn金屬膜，后氧氣氛退火(600℃)的二步法制備了ZnO/AlN雙層膜，并研究了其結(jié)構(gòu)和光電性能。結(jié)果表明，在相同工藝下制備的ZnO/Si薄膜呈多晶態(tài)，而雙層膜為(002)擇優(yōu)取向生長。與單層膜相比，ZnO/AlN雙層膜的電