脉冲激光沉积法制备zn0薄膜中衬底温度对zn0薄膜结构的影响new

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1、2010年7月榆林学院学报July．2010第20卷第4期JOURNALOFYULINUNIVERSITYVol．20No．4脉冲激光沉积法制备Zn0薄膜中衬底温度对Zn0薄膜结构的影响刘涛(商洛学院物理系，陕西商洛726000)摘要:采用溶胶———凝胶法制备高纯的靶材，利用PLD法生长薄膜，成功地在Si衬底上生长了高质量的ZnO薄膜，系统的研究了衬底温度对薄膜生长的影响。采用XRD对薄膜结构进行分析。XRD测试表明，大部分薄膜都具有高度的C轴择优生长取向性，只有衬底温度过高薄膜结构才发生改变。关键词:溶胶———凝胶;脉冲激光沉积(PLD);ZnO薄膜;X射线衍射(XRD)中

2、图分类号:TN304文献标志码:A文章编号:1008－3871(2010)04－0030－031引言表面存在微米一亚微米尺度的颗粒物，膜厚不均匀，氧化锌(ZnO)是一种多功能宽带隙氧化物半导溶蒸“羽辉”具有很强的定向性，只能在很窄的范围体材料，具有六方纤锌矿结构。它具有良好的透明内形成均匀厚度的膜。而且所制备薄膜的面积小，导电性，非常适合用于制作短波长发光器件。还具以及某些材料靶膜成分并不一致。有压电、光电、气敏、压敏特性，且易于与多种半导体2．2溶胶———凝胶法溶胶———凝胶法就是用含高材料实现集成化，因此在许多方面具有实用价值。化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些

3、由于ZnO薄膜的广泛应用，ZnO薄膜的制备方法也原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液受到人们广泛研究。而且ZnO薄膜对制备条件要中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓求不高，因此几乎所有的薄膜制备方法都可以用来慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间制备ZnO薄膜，常用的制备方法有:金属有机化学充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干气相沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积、分子束外延、溶燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材［2］胶———凝胶法等。各种方法都有其优缺点，根据需料。要采用不同的制备方法是制备相应的高质量薄膜的3实验工作关键。用电子天平称取1

4、0gZn(CH3C00)2·2H20粉2薄膜制备方法末，其纯度不低于99．99%，使其溶入蒸馏水中，加2．1脉冲激光沉积(PLD)脉冲激光沉积法是一种热搅拌至溶解充分，并加入稀HNO3和氨水调节溶真空物理沉积工艺，是将高功率脉冲激光聚焦于靶液的pH值为2，再在溶液中加入聚乙二醇继续搅材表面，使其产生高温及烧蚀，进而产生高温高压等拌。在水浴中搅拌加热到形成一定粘度的溶胶，将离子体，等离子体定向局域膨胀发射并在衬底上沉这些溶胶放到保温箱中进行干燥后研磨成粉末在高［1］积形成薄膜。同其他制膜技术相比，PLD具有如温箱式电阻炉SRJX－4－B中进行多次烧结。等自下优点:靶膜成分一致，

5、生长过程中可原位引入多种然冷却后压成靶材，再对靶材在高温气氛炉中通氧气体，烧蚀物能量高，容易制备多层膜和异质结，工烧结，得到50mm靶材。艺简单，灵活性大，可制薄膜种类多，可用激光对薄将基片放入盛有丙酮的烧杯中置于超声波清洗膜进行多种处理等。PLD的主要缺点是:在薄膜及槽中，进行超声波清洗20min，将基片取出用蒸馏水收稿日期:2010－03－11作者简介:刘涛(1981－)，男，陕西商洛人，助教，在读研究生，主要从事ZnO透明导电薄膜研究。E－mail:liutao805@sina．com刘涛:脉冲激光沉积法制备Zn0薄膜中衬底温度对Zn0薄膜结构的影响·31·冲洗后放入

6、盛有无水乙醇的烧杯中再清洗20min，以除去基片表面吸附的有机物。基片用蒸馏水冲洗后放入盛有蒸馏水的烧杯中在水温加热70℃的情况下再次超声清洗20min，将清洗好的基片风干。将靶材固定，并将清洗干净的基片固定在样品架上，调整基片和靶的距离到合适位置，关闭真空室，调节光路，使激光正好打在靶材上。将真空度抽至10－5Pa，然后对基片加热，升温至薄膜生长温度。然后通入氧气，保持真空室压强为7．2Pa，准备就绪后发射激光，开始镀膜，镀膜时间1．5h。镀膜结束后，关闭激光器，图1不同衬底温度下ZnO薄膜的XRD图对试样原位退火40min。由XRD的结果，可以得到以下几点结论:采用瑞士X

7、＇PertPROMPD型X射线衍射仪第一，随着衬底温度的升高，薄膜的结晶质量、(Cuka辐射波长0．15418nm)对不同衬底温度(室C轴取向性及均匀性逐渐得到改善。ZnO薄膜温—600℃)下ZnO薄膜的结构特性进行测试分(002)衍射峰的强度逐渐增强，择优取向更加明显。［3］析。说明在合适的衬底温度下，即350℃，衬底表面原子4主要实验结果与讨论的迁移率较高，原子有足够的能量迁移到易于成核衬底温度直接影响着衬底表面吸附原子的迁移的位置，并且使凝聚原子的表面移动性增大，因此薄率、再蒸发和结晶状况，从而对