在表面改型的p型Si衬底上制备非极性择优取向生长的氧化锌薄膜

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现阶段国内外对非极性ZnO的研究越来越受到关注,这是由于沿本征方向生长的ZnO会由于其自身结构而引起压电效应及自发极化效应,因此大大限制了薄膜器件的实际应用,相比之下,非极性ZnO在结构上有着天然的优势,因此,本文以制备非极性ZnO薄膜为实验目的展开工作。本文工作分为两部分,首先是利用湿化学刻蚀技术在单晶Si衬底上进行表面改型,最终获得形貌优良的连续V槽衬底,并预想通过此法获取随机排列的ZnO薄膜;其次是用CBD法在单晶Si衬底上获得不同表面形貌的非极性ZnO薄膜,并以此作为pn结来探究其电学特性。主要研究内容包括以下方面:  首先利用湿法各向异性刻蚀技术,选用5mol/L的KOH和1mol/L的IPA混合溶液作为刻蚀剂,采用磁控溅射方法制备TiO2薄膜作为刻蚀掩模,在单晶Si(100)衬底上获得了排列整齐的“V”型沟槽结构。讨论了不同的刻蚀时间,不同清洗方式及其他因素对最终刻蚀形貌的影响。实验中发现,随着刻蚀时间的增加,“V”型沟槽的深度和宽度逐渐增加,同时TiO2掩模不断被消耗。当掩模消耗殆尽后,已形成的沟槽结构的尖端开始被腐蚀而导致结构恶化。水浴温度控制在55℃,经过35分钟的刻蚀在160nm厚的TiO2掩模的保护下可以得到侧壁较光滑平整的“V”型沟槽结构并在此基础上沉积ZnO种子,在刻蚀Si衬底表面获得具有特殊择优取向的种子并在此基础上进行化学浴沉积。  其次在单晶p型Si衬底上制备沿非极性择优取向生长的ZnO薄膜,先从种子层的制备条件出发,在锌离子浓度、匀胶机转速、预热温度以及烧结温度均为最优参数的基础上,通过改变种子层的旋涂次数来改变种子层表面ZnO的择优取向,并分析了种子层的择优取向与后续生长的ZnO薄膜沿择优取向生长的关系,即ZnO薄膜(002)面的择优取向随种子层层数的增大而增大。确定了种子层的最优条件之后,通过CBD溶液中对醇的种类、异丙醇的量、环己烷的量这三个条件的不断优化进而确定了最佳的溶液配比。最后在涂有种子层的p型Si衬底上获得了高质量的沿非极性择优取向生长的ZnO薄膜。
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