mistcvd法沉积zno薄膜及其特性研究

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1、分类号TB3学校代码10590UDC620密级公开深圳大学硕士学位论文MistCVD法沉积ZnO薄膜及其特性研究廖巧玲学位类别工程硕士专业学位专业名称光学工程学院（系、所）光电工程学院指导教师姓名郑瑞生MistCVD法沉积ZnO薄膜及其特性研究深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文MistCVD法沉积ZnO薄膜及其特性研究是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担

2、。论文作者签名：日期：年月日Mist-CVD法沉积ZnO薄膜及其特性研究摘要氧化锌（ZnO）晶体是II－VI族直接带隙半导体材料，具有禁带宽、激子束缚能高、无毒、原料易得、生产成本低、抗辐射能力强和良好的机电耦合性能等优点，因此被广泛应用于太阳能电池、表面声波器件（SAW）、液晶显示、气敏传感器、压敏器件等。本论文利用可在大气压下工作的mist-CVD法在（10-10）面蓝宝石衬底上，以氯化锌溶液为原料，氮气为载气，制备出氧化锌薄膜，并分别研究了载气流量、生长温度对ZnO薄膜厚度、晶体结构、表面态，光致发光的影响。本实验所采用的mist-CVD是一种新型的薄膜制备技术，具有节能、安全、

3、设备简单、便宜、易操作等优点。首先研究了不同载气流量下制备的氧化锌薄膜基本特性的变化。分别利用台阶仪、X射线衍射仪、电子扫描显微镜、325nm氦镉激光器为光源的光致发光测试系统测试薄膜的薄膜厚度、晶体结构、表面态，光致发光谱。从台阶仪的结果中我们得出了当载气流量从3～10L/min变化时，薄膜的厚度沿着气体的流动方向一般呈逐渐增加的趋势。随着传输气体流量的升高，薄膜在各定点的厚度不断下降，这表明载气流量的升高不利于薄膜的生长。从XRD图谱中我们知道了在载气流量相对较低时生长的ZnO薄膜无（10-10）取向生长特性，其（10-10）、（0002）、（10-11）等晶面随机取向生长。在传输

4、气体流量为8L/min时生长的ZnO薄膜只有单一衍射峰。造成这个结果的原因可能与传输气体流量为8L/min时原料的供给量和此时反应炉内的氧含量及（10-10）晶面ZnO薄膜的生长机制之间的关系有关。也可以认为和氧化锌晶面与蓝宝石晶面的失配有关。SEM的结果和XRD的结果是一致的，当载气流量为3或5L/min时，从SEM的结果看出薄膜表面杂乱无章，晶粒形状各异。当载气流量为8L/min，晶粒形状大体一致，晶粒之间紧密相连。但当载气流量为10L/min时，薄膜的表面质量下降。当载气流量从3～10L/min变化时，所得样品的光致发光以峰值在500nm附近的绿光带为主，而380nm左右紫外带间

5、发光比较微弱，其发光强度受载气流量的影响不大。其次研究了不同生长温度下制备的氧化锌薄膜基本特性的变化。当生长温度IMist-CVD法沉积ZnO薄膜及其特性研究从500℃～700℃变化时，随着温度的升高，薄膜厚度整体是上升的。因为温度升高，反应物的反应活化能升高，提高反应效率所以薄膜变厚。有趣的是，在生长温度从500℃～575℃变化时，薄膜的厚度随着气体的流向增加，而当生长温度从600℃～700℃变化时薄膜的厚度随着气体流向降低。生长温度的变化对样品的X射线衍射的影响并不大，各生长温度下沉积的样品基本上只有（10-10）衍射峰。随生长温度的升高，ZnO薄膜表面态变化显著。当生长温度从50

6、0℃升高时，表面晶粒逐渐增大，各晶粒间从孤立，到相互作用到互相融合，并当生长温度升至625℃、650℃时得到均匀、致密的薄膜。但是，当温度进一步升高时，薄膜的质量反而降低，这与高温下沉积薄膜原子的反蒸发和颗粒沉积有关。当生长温度从500℃～700℃变化时，样品的光致发光还是以峰值在500nm附近的绿光带为主，而380nm左右紫外带间发光几乎检测不到。这说明mistCVD所得样品的带间发光受生长温度影响较大，受载气流量影响不大。关键词：氧化锌；mistCVD；载气流量；生长温度；薄膜厚度；晶体结构；表面态；光致发光IIStudyondepositedZnOthinfilmbyMist-C

7、VDmethodanditscharacteristicsAbstractZincoxide(ZnO)isaII-VIdirectbandgapsemiconductor.Duetoitswidebandgap,largeexcitonbindingenergy(60meV)atroomtemperature,non-toxic,rawmaterialsreadilyavailablefromnature,lowcost,stronganti-