论文部分内容阅读
摘要：采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备ZnO薄膜，我们利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）对不同溅射压强下制备薄膜的相结构和表面形貌进行分析，结果表明：在溅射压强1Pa及1Pa以下时制备的ZnO薄膜表面光滑，结构致密，晶粒尺寸均匀，且沿c轴择优生长。
关键词：ZnO薄膜;射频磁控溅射;溅射压强
一、 引言
ZnO是一种直接宽带隙半导体材料，且具有六角纤锌矿晶体结构，激子束缚能60meV，ZnO材料丰富并且便宜，室温下直接带隙宽度3.37eV。具有良好的导电性性和透光性。ZnO薄膜是直接带隙半导体，具有很好的光电性质，是理想的透明导电材料，可见光透射率可达90%，电阻率可低至10-4Ω·cm。AZO（ZnO：Al。此外，对紫外光有较为强烈的吸收。ZnO薄膜具有优良的压电性能，因具有c轴择优取向，电阻率高，从而有高的声电转换效率;且要求晶粒细小，表面平整，晶体缺陷少，以减少对表面声波的散射，降低损耗，是一种用于体声波尤其是表面声波的理想材料。具有良好的导电性性和透光性，这使得其在表面声波、体声波、压电器件、气敏元件等方面具有广泛的应用前景，特别是沿c轴生长的ZnO薄膜，在此应用领域具有更加优越的表现。因此，研究如何获得高质量沿c轴生长的ZnO薄膜，开发ZnO作为功能薄膜材料，已经成为科研工作者的研究热点问题之一。
目前多种技术已经被应用到制备ZnO薄膜上，如金属有机化学气相沉积（MOCVD）、脉冲激光沉积（PLD）、磁控溅射（MegnetronSputtering）、分子束外延（MBE）、溶胶—凝胶（Sol-gel）和喷雾热解（Spray）等。其中磁控溅射是一种先进的薄膜制备技术，溅射是带电粒子轰击靶材，使靶材粒子（团被击溅出来并淀积到衬底上成膜。若靶材是Zn，沉积过程中Zn与环境气氛中的氧氣发生反应生成ZnO则是反应溅射;若靶材是ZnO陶瓷沉积过程中无化学变化则为普通溅射法。磁控溅射法是目前其是国内研究最多、最成熟的一种ZnO薄膜制备方法，具有速率高、可有效抑制固相扩散、薄膜与衬底之间的界面陡峭等优点，此法适用于各种压电、气敏和透明导体用优质ZnO薄膜的制备。所制备薄膜的附着性好，薄膜的成分在一定程度上可以控制，且具有低温、低损伤、易于沿c轴生长等优点，所以被广大研究者广泛采用。而该方法所制备的高质量沿c轴生长的ZnO薄膜的性能严重依赖于反应溅射的条件，如衬底温度、溅射压强以及溅射气氛等，其中溅射气压对沿c轴生长的ZnO薄膜的结晶质量有很大的影响，因而有必要探讨其对所制备的高质量沿c轴生长的ZnO薄膜结构的影响。
本文采用射频磁控溅射技术及TRP450三靶磁控溅射系统制备高质量沿c轴生长的ZnO薄膜，研究对于在其他条件相同时，不同的溅射压强对其相结构、表面形貌的影响，并进行了分析获得了制备高质量沿c轴生长的ZnO薄膜的最佳溅射压强。
二、 实验
为了分析溅射压强对薄膜性能的影响，改变溅射压强，在1Pa、1.5Pa、2Pa、2.5Pa。4个溅射压强下制备ZnO薄膜，基层温度为300℃，溅射功率70W，溅射时间40min，氩氧比：20∶10。如表1所示。
三、 结果与讨论
图1为不同压强条件下制得的ZnO薄膜的X射线衍射图谱，溅射气压分别为：1Pa，1.5Pa，2Pa，2.5Pa。从样品XRD图谱中可以看到薄膜均有两个晶面衍射峰，说明在四个气压中ZnO薄膜都不具有很高c轴择优取向。通过XRD图谱我们可以看出随着气压的增加第二个衍射峰越来越突出，因此在其他条件不变时，更好选择1Pa以下的气压。在其他条件不变时，随着气压的逐渐减小，ZnO（002）衍射强度减弱，半峰宽减小，说明ZnO薄膜尺度变大，结晶度提高。其原因是X射线衍射峰峰强与单位体积内的晶胞数成正比例关系，晶粒尺寸较大时，被X射线照射的体积内晶粒数少，总的晶胞数就少，衍射峰就弱。
四、 结论
采用射频磁控溅射法在普通的玻璃衬底上制备出沿C轴择优生长的ZnO薄膜，得到结论：共溅射压强对薄膜有明显的影响。随着溅射气压的减小，晶粒尺寸变大，结晶度提高。上述结论说明，减少溅射压降有利于提高薄膜的结晶度，但是压强不能太低，否则会造成薄膜中缺氧。因此制备ZnO薄膜时，应该选择合适的压强。
参考文献：
[1]方玲.CIS太阳能电池吸收层及相关薄膜制备和光电性能研究[D].北京：清华大学，2004.
[2]赵梦瑶，李明标.溅射气压对射磁控射制备ZnO薄膜结构的影响[J].自然科学，2011.
作者简介：
王开平，辽宁省大连市，大连东软信息学院。
关键词：ZnO薄膜;射频磁控溅射;溅射压强
一、 引言
ZnO是一种直接宽带隙半导体材料，且具有六角纤锌矿晶体结构，激子束缚能60meV，ZnO材料丰富并且便宜，室温下直接带隙宽度3.37eV。具有良好的导电性性和透光性。ZnO薄膜是直接带隙半导体，具有很好的光电性质，是理想的透明导电材料，可见光透射率可达90%，电阻率可低至10-4Ω·cm。AZO（ZnO：Al。此外，对紫外光有较为强烈的吸收。ZnO薄膜具有优良的压电性能，因具有c轴择优取向，电阻率高，从而有高的声电转换效率;且要求晶粒细小，表面平整，晶体缺陷少，以减少对表面声波的散射，降低损耗，是一种用于体声波尤其是表面声波的理想材料。具有良好的导电性性和透光性，这使得其在表面声波、体声波、压电器件、气敏元件等方面具有广泛的应用前景，特别是沿c轴生长的ZnO薄膜，在此应用领域具有更加优越的表现。因此，研究如何获得高质量沿c轴生长的ZnO薄膜，开发ZnO作为功能薄膜材料，已经成为科研工作者的研究热点问题之一。
目前多种技术已经被应用到制备ZnO薄膜上，如金属有机化学气相沉积（MOCVD）、脉冲激光沉积（PLD）、磁控溅射（MegnetronSputtering）、分子束外延（MBE）、溶胶—凝胶（Sol-gel）和喷雾热解（Spray）等。其中磁控溅射是一种先进的薄膜制备技术，溅射是带电粒子轰击靶材，使靶材粒子（团被击溅出来并淀积到衬底上成膜。若靶材是Zn，沉积过程中Zn与环境气氛中的氧氣发生反应生成ZnO则是反应溅射;若靶材是ZnO陶瓷沉积过程中无化学变化则为普通溅射法。磁控溅射法是目前其是国内研究最多、最成熟的一种ZnO薄膜制备方法，具有速率高、可有效抑制固相扩散、薄膜与衬底之间的界面陡峭等优点，此法适用于各种压电、气敏和透明导体用优质ZnO薄膜的制备。所制备薄膜的附着性好，薄膜的成分在一定程度上可以控制，且具有低温、低损伤、易于沿c轴生长等优点，所以被广大研究者广泛采用。而该方法所制备的高质量沿c轴生长的ZnO薄膜的性能严重依赖于反应溅射的条件，如衬底温度、溅射压强以及溅射气氛等，其中溅射气压对沿c轴生长的ZnO薄膜的结晶质量有很大的影响，因而有必要探讨其对所制备的高质量沿c轴生长的ZnO薄膜结构的影响。
本文采用射频磁控溅射技术及TRP450三靶磁控溅射系统制备高质量沿c轴生长的ZnO薄膜，研究对于在其他条件相同时，不同的溅射压强对其相结构、表面形貌的影响，并进行了分析获得了制备高质量沿c轴生长的ZnO薄膜的最佳溅射压强。
二、 实验
为了分析溅射压强对薄膜性能的影响，改变溅射压强，在1Pa、1.5Pa、2Pa、2.5Pa。4个溅射压强下制备ZnO薄膜，基层温度为300℃，溅射功率70W，溅射时间40min，氩氧比：20∶10。如表1所示。
三、 结果与讨论
图1为不同压强条件下制得的ZnO薄膜的X射线衍射图谱，溅射气压分别为：1Pa，1.5Pa，2Pa，2.5Pa。从样品XRD图谱中可以看到薄膜均有两个晶面衍射峰，说明在四个气压中ZnO薄膜都不具有很高c轴择优取向。通过XRD图谱我们可以看出随着气压的增加第二个衍射峰越来越突出，因此在其他条件不变时，更好选择1Pa以下的气压。在其他条件不变时，随着气压的逐渐减小，ZnO（002）衍射强度减弱，半峰宽减小，说明ZnO薄膜尺度变大，结晶度提高。其原因是X射线衍射峰峰强与单位体积内的晶胞数成正比例关系，晶粒尺寸较大时，被X射线照射的体积内晶粒数少，总的晶胞数就少，衍射峰就弱。
四、 结论
采用射频磁控溅射法在普通的玻璃衬底上制备出沿C轴择优生长的ZnO薄膜，得到结论：共溅射压强对薄膜有明显的影响。随着溅射气压的减小，晶粒尺寸变大，结晶度提高。上述结论说明，减少溅射压降有利于提高薄膜的结晶度，但是压强不能太低，否则会造成薄膜中缺氧。因此制备ZnO薄膜时，应该选择合适的压强。
参考文献：
[1]方玲.CIS太阳能电池吸收层及相关薄膜制备和光电性能研究[D].北京：清华大学，2004.
[2]赵梦瑶，李明标.溅射气压对射磁控射制备ZnO薄膜结构的影响[J].自然科学，2011.
作者简介：
王开平，辽宁省大连市，大连东软信息学院。