p-Si襯底上生長(zhǎng)ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和性能.pdf

1、本論文采用射頻反應(yīng)磁控濺射法，以高純度的O2和Ar為濺射工作氣體，在Si襯底上成功地制備了高質(zhì)量的多晶ZnO薄膜，并且利用ZnO同質(zhì)緩沖層提高了ZnO晶體的質(zhì)量。采用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)，光致發(fā)光譜(PL)和霍爾效應(yīng)測(cè)試技術(shù)系統(tǒng)研究了濺射工藝和退火工藝對(duì)ZnO薄膜的厚度、成分、織構(gòu)、表面形貌、光學(xué)性能和電學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　研究表明，磁控濺射工藝對(duì)Z

2、nO薄膜的鋅氧配比、厚度和織構(gòu)都有很大影響。隨著濺射氣氛中氧氬比的減小，ZnO(002)峰明顯加強(qiáng)，而工作氣壓的增加，并不利于 ZnO擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。襯底溫度的增加則有利于 ZnO擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。
　　緩沖層的厚度對(duì)薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和表面形貌有很大的影響，研究發(fā)現(xiàn)，緩沖層厚度36nm時(shí)，ZnO薄膜有最優(yōu)的取向和最平滑的表面。
　　退火能改善 ZnO薄膜的鋅氧比、c軸的擇優(yōu)取向和應(yīng)力狀態(tài)，減少薄膜中的缺陷，使晶粒長(zhǎng)大，但是過(guò)高的退火

3、溫度不利于 ZnO薄膜的重結(jié)晶，使 ZnO薄膜的質(zhì)量變差。研究發(fā)現(xiàn)，在空氣中退火溫度到400℃時(shí)，薄膜的應(yīng)力由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，600℃時(shí)，ZnO薄膜的半峰款最窄。
　　在對(duì)ZnO薄膜的光致發(fā)光譜的研究中發(fā)現(xiàn)，ZnO薄膜的光致發(fā)光譜中一般都有兩個(gè)波段的發(fā)光峰，一個(gè)位于紫外波段，一個(gè)在可見(jiàn)光波段。紫外峰來(lái)自于 ZnO薄膜的自由激子發(fā)光，而可見(jiàn)光則來(lái)自于 ZnO薄膜中的缺陷能級(jí)。在對(duì)ZnO薄膜的霍爾效應(yīng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，一般情況下，ZnO

4、薄膜都為n型導(dǎo)電，n型導(dǎo)電主要來(lái)自 ZnO薄膜中的Zn間隙，而且霍爾遷移率與ZnO薄膜中的鋅氧比和結(jié)晶質(zhì)量都有很大的關(guān)系，隨著鋅氧比偏離化學(xué)計(jì)量比，霍爾遷移率提高，同時(shí)結(jié)晶質(zhì)量的提高也有利霍爾遷移率的提高。在Ar氣保護(hù)下，對(duì)富氧條件下生長(zhǎng)的ZnO薄膜的退火后的霍爾測(cè)量中發(fā)現(xiàn)， ZnO薄膜呈現(xiàn) p型導(dǎo)電狀態(tài)，分析認(rèn)為，這可能是由于富氧狀態(tài)下生長(zhǎng)的ZnO薄膜中過(guò)量的O在Ar氣保護(hù)下退火沒(méi)有逸出薄膜，反而進(jìn)入了ZnO薄膜的間隙位置，成為正電中