资源描述：
《si（001）基片上反应射频磁控溅射zno薄膜的两步生长方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、Si（001）基片上反应射频磁控溅射ZnO薄膜的两步生长方法第56卷第4期2007年4月1000..3290/2007/56(04)/2369..08物理ACTAPHYSICAsINICAVo1.56,No.4,April,2007@2007Chin.Phys.Soc.Si(001)基片上反应射频磁控溅射ZnO薄膜的两步生长方法*谷建峰刘志文刘明付伟佳马春雨张庆瑜(大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连116024)(2OO6年8月9日收到;2006年10月31日收到修改稿)利用反应射频磁控溅射技术,采用两步生长方法制备了ZnO薄膜,探讨了基片刻蚀
2、时间和低温过渡层沉积时间对ZnO薄膜生长行为的影响.研究结果表明,低温ZnO过渡层的沉积时间所导致的薄膜表面形貌的变化与过渡层在si(oo1)表面的覆盖度有关.当低温过渡层尚未完全覆盖基片表面时,ZnO薄膜的表面岛尺度较小,表面粗糙度较大,薄膜应力较大;当低温过渡层完全覆盖si(oo1)基片后,ZnO薄膜的表面岛尺度较大,表面粗糙度较小,薄膜应力较小.基片刻蚀时间对薄膜表面形貌的影响与低温过渡层的成核密度有关.随着刻蚀时间的增加,ZnO薄膜的表面粗糙度逐渐下降,表面形貌自仿射结构的关联长度逐渐减小.关键词:ZnO薄膜,反应射频磁控溅射,两步生长,形貌分析
3、PACC:6855,6810J,6116P,7280E1.引言ZnO作为宽带半导体材料,具有良好的光电,压电和气敏特性,在发光二极管,光探测器,声表面波器件及气敏传感器等诸多领域有着广泛的应用n].自从Tang等【6报道了ZnO薄膜的近紫外受激发射现象以后,ZnO成为当今半导体材料领域的一个研究热点"].在目前的ZnO材料研究中,高质量ZnO薄膜的制备是人们关注的重点问题之一.为了改善ZnO薄膜的质量,各国学者对各种薄膜合成技术中的ZnO薄膜生长行为进行了广泛研究,并取得了一些重要的进展.例如,Chen等发现以Mgo作为过渡层有利于ZnO薄膜在(001)
4、取向的A10基片上层状生长;Ko等¨.在研究Zn/O原子比对等离子体辅助下ZnO分子束外延生长行为的影响中发现ZnO薄膜的生长是受气氛中的0浓度所控制的,并给出了生长过程中ZnO表面重构结构变化的相图.反应射频磁控溅射是一种大面积,低成本的薄膜制备技术,有着广泛的应用.近年来,通过各国学者的不断努力,反应射频磁控溅射沉积的ZnO薄膜*国家自然科学基金(批准号:10605009)资助的课题t通讯联系人.E-mail:qyrJmng@dlut.edu.ell实现了室温光致荧光发射n卜-"],使得这一技术受到ZnO研究领域的关注.在以前的研究工作中,我们发现反
5、应射频磁控溅射沉积的ZnO薄膜与si(001)基片之间存在确定的外延生长关系.我们认为,ZnO在si(001)基片上的外延生长与Si(001)表面的(2×1)重构有关.Si(001)表面(2×1)重构的键能约为0.32—0.46eV,因此沉积温度对表面重构的影响较大.我们还发现,较低温度下沉积的ZnO薄膜,其晶粒不仅具有高度的C轴择优取向,而且晶粒之间的平面取向接近,呈现出明显的织构特征,有利于通过高温退火方法熔结成更大的晶粒.光学特性的研究结果表明,700oC左右沉积的ZnO薄膜质量较好,可以观察到室温光致荧光发射.基于以上实验结果,我们提出了在si(
6、001)基片上沉积ZnO薄膜的两步生长方法,即在室温或较低的沉积温度下首先生长一层ZnO过渡层,然后通过原位高温退火,使低温沉积的ZnO薄膜的晶粒进一步长大,最后在750oC下制备ZnO薄膜,以达到进一步改善薄膜质量的目的.本文采用反应射频磁控溅射技术,采用两步生长方法制备了具有高C轴取向的ZnO薄膜.利用x射线衍射(XRD),原子力显微镜(AFM)等分析手段对薄膜的结构,应力状态和表面形貌进行了表征,探讨了基片刻蚀时间,低温ZnO物理56卷过渡层的生长时间对ZnO薄膜生长行为的影响2.实验与表征ZnO薄膜的制备是在JGPG.450型射频磁控溅射仪上进行
7、的.实验中选择金属zn作为溅射靶,溅射靶直径为60mln,厚为3mm,纯度优于99.99%.ZnO薄膜沉积采用n型Si(001)基片,厚度为525m,电阻率大于500Qcm.Si基片清洗处理的方法如下:将si片放入丙酮,乙醇,去离子水中分别用超声波清洗5min,再在体积比为3:1的H2so4+H3P04的溶液中浸泡20h,去除si基片表面的油污及其他污染物,然后在5%的HF酸溶液中进行刻蚀,以便剥离掉si基片表面的本征氧化层,最后经去离子水冲洗,用干燥N气吹干后快速放入真空室.为了探讨基片刻蚀时间对ZnO薄膜生长行为的影响,刻蚀时间分别设定为0.5,1,
8、2和3min.ZnO薄膜沉积是在Ar和O混合气氛下进行的,Ar和O气体的纯度均为
