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《生长温度对磁控溅射zno薄膜的结晶特性和光学性能的影响_孙成伟》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、------------------------------------------------------------------------------------------------生长温度对磁控溅射ZnO薄膜的结晶特性和光学性能的影响_孙成伟第55卷第3期2006年3月1000-3290200655(03)1390-08物 理 学 报ACTAPHYSICASINICAVol.55,No.3,March,2006c2006Chin.Phys.Soc.生长温度对磁控溅射ZnO薄膜的结晶特性＊和光学性能的影响孙成伟1) 刘志文1) 秦福文1) 张庆瑜1) 刘 琨
2、2) 吴世法——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------2)1)(大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连 116024)2)(大连理工大学物理系,大连 116024)(2005年8月10日收到;2005年8月27日收到修改稿) 采用反应射频磁控溅射方法,在Si(100)基片上制备了具有高c轴择优取向的ZnO薄膜.利用原子力显微镜、透射电子显
3、微镜、X射线衍射分析、拉曼光谱等表征技术,研究了沉积温度对ZnO薄膜的表面形貌、晶粒尺度、应力状态等结晶性能的影响;通过沉积温度对透射光谱和光致荧光光谱的影响,探讨了ZnO薄膜的结晶特性与光学性能之间的关系.研究结果显示,在室温至500℃的范围内,ZnO薄膜的晶粒尺寸随沉积温度的增加而增加,在沉积温度为500℃时达到最大;当沉积温度为750℃时,ZnO薄膜的晶粒尺度有所减小;在室温至750℃的范围内,薄膜中ZnO晶粒与Si基体之间均存在着相对固定的外延关系;在沉积温度低于500℃时,制备的ZnO薄膜处于压应变状态,而750℃时沉积的薄膜表现为张应变状态.沉积温度的不同
4、导致ZnO薄膜的折射率、消光系数、光学禁带宽度以及光致荧光特性的变化,沉积温度对紫外光致荧光特性起着决定性的作用.此外,探讨了影响薄膜近紫外光致荧光发射的可能因素.关键词:ZnO薄膜,表面形貌,微观结构,光学常数PACC:7280E,6855,7855过渡层对ZnO在(001)取向的Al2O3基体上的层状1.引言——————————————————————————————————————--------------------------------------------------------------------------------------------
5、----生长是有利的;Ko等人[14]在研究ZnO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ZnO具有纤锌矿晶体结构,禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV,可以实现室温下的激子发射.氧化锌作为新一代的宽带半导体材料,具有广泛的应用,如ZnO薄膜可以制成表面声波谐振器[1]发现ZnO薄膜的生长是受气氛中的O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.这些有关生长行为的研究结果,对于制备高质量的ZnO薄膜具有重要价值.反应磁控溅射作为一种低温沉积技术,近年来在ZnO薄膜的制备中受到人们的广泛关注.然而,由于反应磁控溅射过程所涉及的控
6、制参数比较多,实验工艺相对复杂,使得人们对ZnO薄膜的生长行为及结晶特性的了解还不够深入.目前采用反应磁控溅射方法制备的ZnO薄膜的光学特性不很理想,一般不经过退火处理很难获得比较强的室温紫外受激发射.在溅射气压、ArO2气体比例、放电功率等众多工艺参数中,我们发现沉积温度对ZnO薄膜的生长行为起着至关重要的作用,并决定着ZnO薄膜的光学性能.,压电器件[4]——————————————————————————————————————--------------------------------------------------------------------
7、----------------------------[2],GaN蓝光薄膜的过渡层[5][3]以及透明导电膜等.自从1998年Tang等人报道了ZnO薄膜的光抽运近紫外受激发射现象以后,ZnO再次成为当今半导体材料研究领域的热点.目前,ZnO薄膜研究的重点之一是高质量ZnO薄膜的制备问题.人们探索了多种薄膜合成技术的ZnO薄膜制备工艺,如分子束外延(MBE)、化学气相沉积(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)、溶胶-凝胶(sol-gel)和反应磁控溅射[8][9—12][6][7][5]等,研究了不同基片[13]及过渡层对ZnO薄膜质量的影响,并取得
