磁控溅射法制备S-N共掺杂ZnO薄膜及表征

来源 :第十四届全国固体薄膜学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:winwo408
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  氧化锌的p型掺杂一直是一个国际难题,严重限制了氧化锌基光电器件的发展.理论上,N原子可以通过掺杂替代O作为受主使ZnO转变为p型导电,但关于N掺杂ZnO的报道结论并不统一.研究表明:ZnO1-xSx薄膜的能带工程中,低组分的S掺杂主要提高了价带顶的位置[1],有利于N掺杂的同时,又可以使N形成更浅的受主能级.因此制备S-N共掺杂ZnO具有很大的研究意义.在本课题组已有工作的基础上[2],我们使用ZnS陶瓷靶,以N2O为N和O源,磁控溅射法制备了S-N共掺ZnO薄膜.分别研究了N2O分压和生长温度对薄膜性质的影响.结果表明,N2O/Ar流量比大于20%时可形成单一ZnO相的S-N共掺ZnO薄膜.XPS测试证明了S、N成功地掺入了ZnO薄膜.Zn原子的结合能处于Zn-S键和Zn-O键键能之间,说明S位于O替代位上且Zn-S键的形成;但同时S原子有一部分是以+6价的形式存在于薄膜中.为了尽可能避免+6价S的形成,我们探究了生长温度对薄膜的影响.当温度低于300℃时,XRD测试表明得到的是非晶薄膜,随着生长温度的提高,薄膜结晶性变好.但同时温度太高又容易使S原子氧化为高价态,因此适当降低温度可以抑制+6价S形成的同时,保证薄膜的晶体质量.450℃生长的薄膜中,没有发现+6价S的存在,且其电学性能最优,电阻率、载流子浓度和迁移率分别为21.46Ω·cm、+4.482×1017cm-1、0.649 cm2/V·s.因此,S-N共掺是一种可行的ZnO p型掺杂的方法,我们成功制备了p型ZnO薄膜.
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