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1、第26卷 第2期半 导 体 学 报Vol.26No.22005年2月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSFeb.,20053射频磁控溅射制备ZnO∶Ga透明导电膜及特性111121余旭浒 马 瑾 计 峰 王玉恒 王翠英 马洪磊(1山东大学物理与微电子学院,济南 250100)(2泰山医学院物理实验室,泰安 271000)摘要:采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出高质量的镓掺杂氧化锌(ZnO∶Ga)透明导电膜,并对薄膜的结构和光电特性以及制备参数对薄膜性能的影响进行了研究.制备的ZnO∶Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,最佳-4择优取向为(00
2、2)方向.薄膜的最低电阻率达到了319×10Ω·cm,方块电阻约为416Ω/□,薄膜具有良好的附着性,在可见光区的平均透过率达到90%以上.关键词:磁控溅射;ZnO∶Ga;光电特性PACC:6855;8115C;7360中图分类号:TN30412 文献标识码:A 文章编号:025324177(2005)0220314205特性及制备参数对薄膜光电性质的影响进行了研1 引言究.掺锡氧化铟(ITO)、氧化锡(SnO2)和氧化锌2 实验(ZnO)是重要的光电子信息材料,在液晶显示、太阳能电池等光电子器件领域具有广泛的应用.相对于ZnO∶Ga薄膜样品是用JPGF2450型
3、射频磁控ITO和SnO2来说,ZnO薄膜具有价格便宜、在氢气溅射仪制备的,所用的溅射频率为13156MHz.系统[1,2]的基础真空度为8×10-4Pa,靶的直径为8cm,靶到氛下稳定性高等优点.对不同方法制备的[3～5]衬底的距离为515cm.陶瓷靶是由ZnO(纯度:ZnO及掺硼(B)、铟(In)特别是铝(Al)的ZnO[6～10]薄膜已进行了比较多的研究.掺镓氧化锌99199%)和Ga2O3(纯度:991999%)粉末经1200℃[11](ZnO∶Ga)薄膜已经用化学气相淀积、离子束辅高温烧结而成,其中Ga2O3的重量比为3%.溅射所[12][13]助反应淀积、喷涂高
4、温分解、脉冲激光淀采用的气体是纯度为991999%的氩气,衬底为玻[14]积等方法制备出来,但很少有关于用射频磁控溅璃.射法制备掺镓氧化锌(ZnO∶Ga)薄膜的报道.与ZnO采用RigakuD/Max2γA型X射线衍射仪研究∶Al薄膜相比ZnO∶Ga具有显著的优点:Ga(原子序薄膜样品的结构性质,薄膜的表面形貌是利用数31)与Zn(30)的原子序数只相差1,原子半径差APFM20190型原子力显微镜(AFM)在接触模式下不多,而且Ga—O键与Zn—O键的键长也很接近,观察的.用TV1900双光束紫外可见分光光度计测分别为01192和01197nm,因此即使在比较高的掺量样
5、品的光学透过率.用α2step250R型台阶仪测量杂浓度下,ZnO的晶格畸变也非常小.我们采用射薄膜的厚度.薄膜的方块电阻在室温下用SZ282型频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出高质量的ZnO∶数字式四探针测试仪测量.霍尔迁移率和载流子浓Ga透明导电膜,并对薄膜的结构、表面形貌和光电度是在室温下由VanderPauw法测量得到.3国家自然科学基金(批准号:6027044),博士点基金(批准号:20020422056)资助项目 余旭浒 男,1980年出生,硕士研究生,从事微电子学方面的研究. 马 瑾 男,1960年出生,博士,教授,从事微电子学与固体电子学方面的研究和教学工作.
6、2004202228收到,2004204219定稿n2005中国电子学会第2期余旭浒等: 射频磁控溅射制备ZnO∶Ga透明导电膜及特性3153 结果与讨论在ZnO∶Ga薄膜中,Ga的比例对薄膜的性能有[11]很大的影响.Hu等人研究了不同Zn,Ga原子比对薄膜电学性能的影响.实验结果表明,当镓的掺杂浓度为310at.%时,薄膜的电阻率最低,为418×-410Ω·cm.在实验中我们取Ga2O3的重量比为3%(217at.%).图1给出了在不同溅射功率条件下制备的ZnO∶Ga透明导电膜X射线衍射谱,溅射功率分别为75,100,125,150W.由衍射图可以看出制备的薄膜为多图
7、1 不同溅射功率制备的ZnO∶Ga透明导电膜的X射线衍射谱晶膜,具有六角纤锌矿结构和(002)方向的单一择优Fig.1X2raydiffractionspectraforZnO∶Gafilmsasa取向,这与ZnO∶Al透明导电膜的结构是相同functionofsputteringpower[15,16]的.随着溅射功率的增大,衍射峰强度逐渐增加,而半高宽没有明显的变化.薄膜晶粒的大小可以 利用原子力显微镜观察到ZnO∶Ga薄膜的表[17]根据X射线衍射谱由Scherre公式进行估算.通过面形貌如图2所示.图中给出了溅射功率
