射频磁控溅射ZnO薄膜的结构和光学特性
RF溅射钕掺杂ZnO薄膜的结构与发光特性
Ｒ Ｆ溅 射钕掺杂 Ｚ Ｏ 薄膜 的结构 与发光特性 ｎ
文 军 ，陈长乐 ＿
（． １ 西北工业大学 应用物理 系， 陕西 西安 ７０ ７ ； ２ 渭南师范学院 物理 系， １０ ２ ． 陕西 渭南 ７４ ０ ） １０ ０
摘要 ： 通过射频磁控溅射技术在 Ｓ １１衬底上制备了未掺杂 ＺＯ薄膜和 Ｎ 掺杂 ＺＯ薄膜。应用 Ｘ Ｄ分 ｉ １） （ ｎ ｄ ｎ Ｒ
一
应用固相反应法制备了 Ｎ 掺杂 Ｚ Ｏ陶瓷靶 ｄ ｎ 材 。根据摩尔比例在 电子天平上分别称取分析纯 的 Ｚ Ｏ与 Ｎ ， ｎ ｄＯ 粉末 ， 配制不 同名义组分 的 Ｎ ｄ 掺杂 ＺＯ ｎ 。将 称取 的 Ｚ Ｏ和 Ｎ ２ 放 人研 钵 中 ， ｎ ｄＯ 研磨、 细化 ， 充分均匀混合 ， 压成块状靶材， 放入电
析了 Ｚ Ｏ： ｄ薄膜 的晶格 结构 ， ｎ Ｎ 通过 Ａ Ｍ观察 了 Ｚ Ｏ： ｄ薄膜 的表面 形貌 。结果 表 明， ｄ掺入 了 Ｚ Ｏ晶格 Ｆ ｎ Ｎ Ｎ ｎ
中， 由于 Ｎ ｄ原子半径 大于 ｚ 原子半径 ， ｄ以替位原子的形式存在于 Ｚ Ｏ晶格中 。Ｚ Ｏ Ｎ ｎ Ｎ ｎ ｎ ： ｄ薄膜 为纳米多 晶 薄膜 ， 面形貌粗糙 。Ｚ Ｏ Ｎ 表 ｎ ： ｄ薄膜的室温 光致发 光谱表 明 ， 同条 件 下制备 的未掺 杂 Ｚ Ｏ薄 膜和 Ｎ 相 ｎ ｄ掺杂
Ｐ Ｃ： ２ ０ ； ８ ５ ＡＣ ３５ Ｆ ７５ 文献标识码 ： Ａ
中图分类号 ： ４４ １ ４ ８．１ ０ ８ ． ；０ ２ ３
１ 引
言
稀 土掺 杂 Ｚ Ｏ的研 究报 道却很 少 ， ｎ 李键 等 研 究 了 Ｚ Ｏ： ｄ薄 膜 的 气 敏 特 性 ； ｈｎ等 ¨ ｎ Ｎ Ｃｅ 制 备 了
Ｚ Ｏ薄膜都 出现 了 ３ ５ｎ 的强紫光带和 ４ ５ｎ ｎ ９ ｍ ９ ｍ的弱绿光带。我们认为 ， 紫光发射 峰窄而锐且 强度远 大于绿
Al掺杂ZnO薄膜的微结构及光学特性研究
ｍｉ ， 射 功 率 为 １ ０ ， 积 时 间 １ ， 底 温 度 ｎ溅 ０Ｗ 沉 ｈ 衬
２ ０ 。并 进行 ４ ０ 真 空退 火 １ 。样 品 的结 构 特 性 ０℃ ０℃ ｈ 用英国 Ｂｄ ｅ ｅ公 司 制 造 的 Ｂ ｄＤ１多功 能 Ｘ射 线 衍 射 ｅｅ
仪 （ ＲＤ； ｕ ＝ ０ １ ４ ５ ｎ 进 行 表 征 ； 品 的 表 面 Ｘ Ｃ Ｋａ ． ５ ０ ６ ｍ） 样
文 章 编 号 ：０ １９ ３ （Ｏ Ｏ ０ —３ ７０ １ ０ －７ １ ２ １ ） ８１ １ —４
１ 引 言
近 年来 ， 人们 开始 对 Ｚ Ｏ 薄膜 ， 别 是 Ａ１ 杂 氧 ｎ 特 掺
形 貌 采用 扫描 电子 显 微 镜 （ Ｅ Ｓ Ｍ） 进行 观察 ； 薄膜 的可
化锌 （ ｏ） 膜研 究有 了浓厚 的兴 趣 。大部 分 文献 报 ＡＺ 薄 道 ， 溶 胶一 胶 和 射 频 磁 控 溅 射 等 方 法 ｌ 可 制 备 用 凝 ＿ １ ＡＺ 薄膜 ， 射 频溅 射 法 制备 ＡＺ 薄 膜 所 用 靶 材 为 Ｏ 且 Ｏ Ｚ Ｏ： ｎ Ａ１陶瓷 复合 靶 。与此 不 同 ， 笔者 采 用 将 高纯 度
孟 军 霞 等 ： 掺 杂 Ｚ Ｏ薄 膜 的 微 结 构 及 光 学 特 性 研 究 Ａｌ ｎ
射频磁控溅射制备ZnO光波导薄膜
能 够用 于制 备 Ｚ Ｏ薄 膜 的技 术很 多 ， ｎ 常见 的有 磁 控 溅 射 法 ＇Ｊ 化 学 气 相 沉 积 ¨ 溶 胶一 凝 胶 ｍ、 、 法 ］脉冲激 光沉 积 ］ 分 子束 外 延 法 ［ ］金属 有 、 ”、 １、 ４
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
具有 良好 的光 电性 能。近 年来 随 着 Ｚ Ｏ光 泵 浦 紫 ｎ
期 第２ ５卷 第 １
２ １ ０ ０年
山 东 建 筑 大 学 学 报
Ｊ ＵＲＮ Ｏ Ｓ ＮＤＯＮ Ｏ ＡＬ Ｆ ＨＡ Ｇ ＪＡＮ Ｉ ＺＨＵ ＵＮＩ ＥＲ Ｉ Ｙ Ｖ ＳＴ
Ｖ １ ２ Ｎ ． ｏ． ５ ｏ１ Ｆ ｂ ｅ． ２ １ ００
２月
文 章编 号 ：６ ３— ６４ ２ １ ） １ ０ １ ０ １７ ７４ （ ００ ０ — ０ ０— ４
０ 引 言
Ｚ Ｏ是一种 宽禁 带 直接 带 隙 半 导体 材 料 ， ｎ 由于 在室 温下具有 较 高 的激 子束 缚 能 （ ０ ｅ ¨ ， ６ ｍ Ｖ） Ｊ 因此
备工 艺 比较 简单 ， 有助 于降低光 电器件 的制作成本 。 最近 ， 制备 高质量 的外延 性 Ｚ Ｏ薄膜 已经取得 了显 ｎ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｎＯ ｈｎ ｆｌ ；ｒ ｇ ｅｒ ｎ ｓ ｕｔ ｒｎ ｄ Ｚ ｔ ｉ ｍｓ ｆｍａ ｎ ｔｏ ｐ ｔ ｉ ｇ；ｏ ｔ ａ ｖ ｇ ｉ ｅ；Ｘ—ａ ｉ ｒ ｃ ｉｎ ｉ ｅ ｐ ｉ ｌｗａ ｅ ｕ ｄ ｃ ｒｙｄｆ ａ ｔ ｆ ｏ
禁带半 导体 领域 又 一 研究 热 点 。此 外 ， ｎ 薄膜 制 ＺＯ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ｎ ｅ Ｓ ａ ｄ ｎ ｉ ｚ ｕ Ｕ ｉ ｒ ｔ ， ｉ ｎ２ ０ ０ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ ｉ ｃ ， ｈ ｎ ｏ ｇＪ ｎ ｈ ｎ ｅ ｉ Ｊ ａ ５ １ １ Ｃ ｉａ Ｓｅ ａ ｖ ｓｙ ｎ
ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究
山东建筑大学硕士学位论文
关键词：ＺｎＯ薄膜，射频磁控溅射，光波导，Ｘ一射线衍射，ｃ轴取向
山东建筑大学硕士学位论文
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＺｎＯ Ｆｉｌｍｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ＩＩ－ＩＶ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｗｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄ ｇａｐ ｏｆ ３．３ｅＶ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａ ｌａｒｇｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｂｉｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｙ ｏｆ ６０ｍｅＶ．ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｐｌａｎａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ｅｔｃ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｉｎ ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ，
射频磁控溅射ZnO：Al薄膜及其特性研究的开题报告
射频磁控溅射ZnO：Al薄膜及其特性研究的开题报
告
标题：射频磁控溅射ZnO：Al薄膜及其特性研究
研究背景：
氧化铝掺杂锌氧(ZnO：Al)薄膜在透明导电材料、光电子器件、太阳能电池等领域具有广泛的应用。
目前，射频磁控溅射是一种制备高质量ZnO：Al薄膜的有效方法。
该方法具有高附着力、高密度、低缺陷度和可重复性好等优点。
研究目的：
本论文旨在通过射频磁控溅射技术制备高质量的ZnO：Al薄膜，并研究其结构、表面形貌、电学性能及光学性能等特性，为其应用于光电子器件、太阳能电池等领域提供理论参考。
研究内容：
1.射频磁控溅射条件优化：选取合适的目标材料、工艺参数、溅射气氛等条件，制备出质量好的ZnO：Al薄膜。
2.薄膜的结构和表面形貌分析：使用X射线衍射和扫描电子显微镜等技术，分析薄膜的结晶度、晶体结构和表面形貌等。
3.电学性能测试：通过四探针电阻测试、电学常数测试等方法，测量ZnO：Al薄膜的导电性能、载流子浓度等电学性能。
4.光学性能测试：使用紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪等设备，研究ZnO：Al薄膜的透过率、反射率、荧光性能等光学性能。
预期成果：
通过研究，将获得高质量的ZnO：Al薄膜，其导电性能和光学性能等特性将得到充分的表征。
预计可以为其应用于透明导电材料、光电子器件和太阳能电池等领域提供理论指导和实验基础。
磁控溅射法制备ZnO薄膜的研究
磁控溅射法制备ZnO薄膜的研究何五九佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江省佳木斯市 154007 摘要：采用直流反应磁控溅射的方法，通过改变溅射功率、改变工作压强、改变衬底温度以及退火处理等方法，在玻璃衬底上制备ZnO薄膜，衬底上预先渡有透明的ITO导电薄膜，因此制备的样品可以直接作为阳极荧光屏用于场发射平板显示器。
通过X射线衍射法、扫描电镜及原子力显微镜对样品的结构、形貌特性进行了测试，利用场发射、荧光光谱仪对样品的阴极射线发光特性和光致发光进行了测试和分析。
研究了ZnO薄膜的结构状况、成分、点缺陷浓度等因素与其发光特性之间的关系，找到制备较好薄膜的实验条件，实验表明，在溅射功率为150W、工作压强为4Pa、衬底温度为250度及进行退火处理的条件下，生成的薄膜颗粒比较大、比较致密、平整度较好，即容易生成结晶质量比较好的薄膜，而高的结晶质量和一致的c轴取向性观察到有好的紫外光及蓝绿光发射，薄膜对光的透过率一般在80%以上，是比较好的透明薄膜。
同时，在上述较好的实验条件下，分别以N2、NH3作为掺杂剂，对氧化锌进行p型掺杂，结果发现在用NH3为掺杂剂时，有氮元素的掺入但不稳定。
对于稀磁性半导体材料的研究，基于氧化锌的研究比较少，尝试了掺钒氧化锌薄膜的制备，结果表明钒元素成功的被掺入氧化锌薄膜，但其磁性的研究需要进一步探索。
关键词：氧化锌、磁控溅射、场发射平板显示、光致发光、掺杂、稀磁性Magnetron sputtering of ZnO thinfilms prepared by the researchHEWujiuJiamusi university school of materials science and engineering Jiamusi in HeiLongjiangprovince.154007Abstract: using dc reactive magnetron sputtering method, by changing the sputtering power, changing the pressure of work, change the substrate temperature and annealing treatment methods, such as the preparation of ZnO thin films on glass substrate, substrate in advance crossing the ITO transparent conductive films, so the preparation of the sample can be directly used as anode screen in field emission flat panel display. By X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (sem) and atomic force microscope structure, the morphology characteristics of samples were tested, using field emission and fluorescence spectrometer cathode ray emitting characteristics of samples and light luminescence were tested and analyzed. Studied the condition of ZnO thin film structure, composition and the concentration of point defects and their luminescence properties, the relationship between the preparation to find a better film experimental conditions, the experimental results show that the sputtering power is 150 w, workpressure is 4 pa, the substrate temperature is 250 degrees and annealing processing conditions, the generated film particles is larger, more dense, flatness is better, that is easy to generate the crystal quality of a good film, and the crystallization of high quality and consistent c axis orientation is observed to have good ultraviolet light and blue green light emission, film light transmittance is in commonly 80%, is a better transparent film. At the same time, in the better experimental conditions, respectively with N2, NH3 as dopant, to p-type doped zno, found that when using NH3 as the doping agent, nitrogen doped but not stable. For dilute magnetic semiconductor materials research, based on the research of zinc oxide is less, try the vanadium doped ZnOthin film preparation, the results show that the success of vanadium element was doped zno thin film, but its magnetic studies need further exploration.Keywords:zinc oxide, magnetron sputtering, field emission display, photoluminescence, doping, dilute magnetic目录一、引言1.1、显示技术及其发展1.2、平板显示材料的研究及其应用进展1.3、稀磁性半导体材料研究进展二、理论基础2.1、ZnO的性质及应用2.1.1、ZnO的基本性质2.1.2、ZnO的应用2.2、ZnO薄膜的制备及掺杂2.2.1、ZnO薄膜的制备2.2.2、ZnO的掺杂2.2.3、ZnO的稀磁性2.3、ZnO薄膜发光机理的研究2.3.1、光电显示呢材料的分类2.3.2、材料发光的基本原理2.3.3、阴极射线激发材料的发光过程2.3.4、ZnO薄膜发光机理的研究2.4、ZnO薄膜的应用前景三、实验及测试方法3.1、溅射镀膜3.1.1、溅射镀膜的工作原理3.1.2、溅射镀膜的特点3.1.3、溅射镀膜的分类3.2、磁控溅射镀膜3.2.1、磁控溅射的原理3.2.2、磁控溅射的特点3.3、直流反应磁控溅射实验仪器及操作3.3.1、设备的主要技术参数3.3.2、设备的构成3.3.3、仪器的操作规程3.4、测试方法3.4.1、结构分析3.4.2、形貌分析3.4.3、场致发光测试3.4.4、光致发光测试3.4.5、光吸收谱测试四、实验及结果分析4.1、溅射功率对ZnO薄膜的影响4.1.1、溅射功率对ZnO薄膜的结构的影响4.1.2、溅射功率对ZnO薄膜的形貌的影响4.1.3、小结4.2、工作压强对ZnO薄膜结构特性的影响4.2.1、工作压强对ZnO薄膜结构特性的影响4.2.2、工作压强对ZnO薄膜形貌结构的影响4.2.3、工作压强对ZnO薄膜场致发光的影响4.2.4、工作压强对ZnO薄膜的影响光致发光的影响 4.2.5、工作压强对ZnO薄膜吸收谱的影响4.2.6、小结4.3、衬底温度对ZnO薄膜的影响4.3.1、衬底温度对ZnO薄膜结构特性的影响4.3.2、衬底温度对ZnO薄膜的形貌结构影响4.3.3、衬底温度对ZnO薄膜场致发光的影响4.3.4、衬底温度对ZnO薄膜光致发光的影响4.3.5、小结4.4、退火处理对ZnO薄膜的影响4.4.1、退火处理对ZnO薄膜结构特性的影响4.4.2、退火处理对ZnO薄膜的形貌结构影响4.4.3、退火处理对ZnO薄膜场致发光的影响4.4.4、退火处理对ZnO薄膜吸收谱的影响4.4.5、小结4.5、ZnO薄膜掺杂4.5.1、N2作为掺杂剂的掺杂4.5.2、NH2作为掺杂剂的掺杂4.5.3、小结4.6、ZnO薄膜的稀磁性研究4.6.1、掺V的ZnO薄膜的制备4.6.2、对掺V的ZnO薄膜的测试分析4.6.3、小结五、结论六、参考文献一、引言1.1、显示技术及其发展知识经济时代就是以知识的生产、传播和应用为社会发展动力的时代，知识传播速度将成为社会和经济发展的关键因素。
射频磁控溅射法ZnO薄膜制备工艺的优化
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟射频磁控溅射法ZnO 薄膜制备工艺的优化用射频磁控溅射制备ZnO 薄膜，研究了溅射功率、溅射气体中氧氩以及工作气压对薄膜结构和光学性能的影响。
通过对不同制备条件下的薄膜结构和薄膜的室温透射谱的分析，得到了磁控溅射制备ZnO 薄膜的最佳工艺参数。
随着能带工程的日趋成熟，ZnMgO/ZnO 多层结构在改善ZnO 基光电器件的发光效率及调制发光波长上的作用日渐突出。
而要实现ZnMgO/ZnO 多层结构应用的前提，是基于优化单层ZnO 和Znl-xMgxO 薄膜生长工艺参数，制备出c 轴择优取向、质量良好、表面平整均匀的薄膜[3-6]，然后在此基础上，才有可能获得质量和结构良好的ZnMgO/ZnO 多层结构。
在采用射频磁控溅射在Si 和玻璃衬底上制备单层ZnO 薄膜时，薄膜会受到诸多因素的影响，主要有溅射功率、衬底温度、氧氩比以及工作气压等。
本文中将详细讨论这些因素对ZnO 薄膜晶体质量，应力以及光学性能的影响。
1、ZnO 薄膜的制备实验采用沈阳科仪制造的JGP 型三靶共溅射镀膜设备来制备薄膜。
设备的主要技术指标：钟罩尺寸Φ300mm 乘以300mm，靶位3 个；极限真空度：≤6.5 乘以10-5Pa；工作烘烤温度：0～800℃，可调、可控;磁控靶电学参数：电压0～1kV，电流0～5A，可调；最大电功率：8kW。
本实验采用(100)Si 和普通玻璃作为衬底，薄膜直接在衬底上生长，没有使用缓冲层。
试验中以高纯度ZnO(99.999%)靶材，溅射靶材直径为60mm，厚度为3mm。
通入纯度为99.999%的氩气和氧气分别作为溅射和反应气体。
2、ZnO 薄膜的表征薄膜的晶体结构采用SH。
In掺杂浓度对ZnO薄膜结构、光学及电学特性的影响
修改，简化了日常的维护操作。针对于运行中部分开 关量频繁报警，对其他故障信息的及时发现带来一 定干扰的问题，通过优化，对这种信号设置延时报警 功能进行过滤，从而让系统能够真实反映设备的运 行状态，及时发现存在的故障。 3.3 分组功能的优化及应用
作者简介：王冬（1994-），男，重庆人，硕士，研究方向：理论物理。
49
第1期
系统至 MAS 系统链路故障时，自动切换至 GSM 短 信猫，并报警提示。
3 系统的优化及应用
智能 ON-CALL 系统完善，是电厂实现“无人值 班”的重要保障手段，通过与计算机监控系统、全厂 MIS 系统实现无缝连接，实时获取各种信息，并利用 移动终端和 MAS 平台等多种手段发布信息，实现报 警信息的及时发送，能够安全稳定的运行，但仍存在 一些问题，并在实际应用中得到有效解决。 3.1 “定时短信”发送功能的实现及应用
透明导电氧化物（TCO）是一种具有低电阻率、高 可见光透过率和高热/化学稳定性的材料，广泛应用 于平面显示器、薄膜晶体管和薄膜太阳能电池等光 电子器件领域。当前，氧化铟锡（ITO）因其突出的电 学和光学性能而被作 TCO 的理想材料。然而，ITO 具 有低稳定性、高毒性和高成本等问题，使得人们不断 努力开发替代材料。近年来，氧化锌（ZnO）以其低成 本和优异的光电性能被认为是替代 ITO 的极佳选 择。为提高 ZnO 薄膜的电导率和透光率，通常在 ZnO 中加入 Al、Ga、In 等 III 族元素，其中 In3+半径与 Zn2+ 半径最为接近，掺杂后引起的 ZnO 晶格畸变更小； 此外，In 的电负性大，相比 Al、Ga、Zn 更加迟钝，难以 形成氧化物，有利于替代 Zn 晶格位，实现有效施主 掺杂。鉴于 ZnO 薄膜的光学、电学性能受掺杂的 In 含量影响较大，那么系统研究 In 掺杂浓度对 ZnO 薄 膜的结构、电学和光学性能的影响，探索最佳的 In掺 杂浓度，对开发实用型 ZnO 薄膜材料显得十分重要。
磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及发光特性研究
摘
要
采用射频反 应磁 控溅射法在 玻璃衬 底上制 备 出具有 Ｃ 高择优 取 向的 Ｚ Ｏ薄膜 ，利 用 Ｘ射 线衍 轴 ｎ
射、 扫描探针显微镜及荧光分光光度法研究了生长温度对 Ｚ Ｏ薄膜微 观结构及 光致发光特性 的影响 。结果 ｎ
表明 ， 合适 的衬底温度有利于提高 Ｚ Ｏ薄膜 的结 晶质量 ；在室温下 测量样 品的光 致发光谱 （ Ｌ ，观察到波 ｎ Ｐ）
引 言
随着信息领域科学技术 的飞速发展 ，对蓝光 和紫 外光波 段器件 、 技术和材料 的要求越来越迫 切。人们 不断寻 找适 合
响薄膜质量 的主要工艺参数 以及保证制备 工艺 的稳定 性。由 于反应溅射现象相 当复杂 ，目前 尚无完 整的溅射理论 可 以用
来分析溅射现 象 ，多数 学者 一般 是 通过 分析 薄 膜 的微 观状 态 、 能与工艺参数 之间的关 系探索最 佳生长 条件 ，但缺乏 性 比较系统 的研究［ １ 。在众多工艺参数 中，我们发现衬底温度
的 发 光特 性 具 有 十分 重 要 的 意义 。
１ 实
验
到 目前 为止 ，Ｚ Ｏ薄膜可见光发射 的来源仍存在 较大争 ｎ 议Ｌ ］ ６ ，已有 的研究表 明氧空位 （ ＿ 、锌空位 （ ） 锌 填隙 Ｖ０ ） Ｖ 、 （ Ｉ） Ｚｌ 等薄膜 内部 的本 征缺陷对 Ｚ Ｏ薄膜 的可见 光发射 有着 ｉ ｎ 重要 影响 ， 但影响本征缺陷种类和浓度的因素则存在 着多种 推测 ， 如结 晶质量和化学计量 比等［ ，具体 的发 光机理有 待 ７ ］ 更深入 的研究 。目前 ，已经有大量关 于用不 同方 法在各种 衬 底上 生长 Ｚ Ｏ薄膜方面的报道 ＿ ］ ｎ ７ ，利用反应 磁控溅射 法 “
证。
关键词
射频磁控溅射ZnO薄膜的结构和应力特性
ｉｓｍ ｉ ｉ ｍ ． ７ × １ ０Ｐａ ｎ ｔ ｅ ｓ ｄ ｆｅ ｅ ｃ ｔａ ｎ ｏ ｉ ｉ ｉ ｍ ． ５ × １ ０Ｐａ ｔ ｎ ｍｕ ５ ９ ３ ０ ，ａ ｄ ｓｒ ｓ ｉｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｔ ｉ ｓｔ ｔ ｍ ｎ ｍｕ ６ １ ９ ｓ ０ ．
Ｋｅ ｒ ｓ Ｚ Ｏ ｈ ｎ ｆ ｍ ；ＲＦ ｍ ａ ｎ ｔｏ ｐ ｔｅ ｉｇ ｉ ｈ ｃ ｎ ｓ ；ｍｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ｙｗｏ ｄ ： ｎ ｔ ｉ ｉ ｌ ｇ ｅｒ ｎ ｓ ｕ ｔｒｎ ；ｆｌ ｔ ｉｋ ｅ ｓ ｍ ｃｏ ｔｕ ｔ ｒ
ｃａ ｉ ｒ ｆｒ ｅ ｒｅ ｔｔｏ ． Ｔｈ ｅ ｎ ｓｒ ｓ ｎ ｔ ｅＺ Ｏ ｉ ｓｄ ｃ ｅ ｓ ｓｗｉ ｃｅ ｓｎ ｆ ｉ ｔ ｉｋ － ｘｓｐ ｅｅ ｒｄ ｏ ｉｎ ａ ｉｎ ｅｍ ａ ｔｅ ｓｉ ｈ ｎ ｆ ｍ ｅｒ ａ ｅ ｔ ｉ ｒ ａ ｉ ｇｏ ｌ ｈ ｃ — ｌ ｈ ｎ ｆ ｍ ｎ ｓ ．Ｗ ｈ ｎ ｆ ｍ ｈ ｃ ｎ ｓ Ｓ７ ４ｎ ，ｔ ｅｓｒ ｓ ｉｔｉ ｕ ｉｎｉ ｒ ｎ ｆ ｒ ，ｔ ｅｍ ｅ ｎ ｓｒ ｓ ｅ ｃ ｅ ｅｓ ｅ ｉ ｔ ｉｋ ｅ ｓｉ ４ ｍ ｌ ｈ ｔｅ ｓｄ ｓｒｂ ｔｏ ｍｏ ｅｕ ｉ ｍ Ｓ ｏ ｈ ａ ｔｅ ｓｒ ａ ｈ ｓ
磁控溅射法制备ZnO薄膜
JGP450型多靶磁控溅射仪 （控制箱） 型多靶磁控溅射仪 控制箱）
真空溅射室及氮气等离子体辉光放电图
磁控溅射装置示意图
实验样品
在加热温度为240℃的石 英衬底上制备的ZnO薄膜 实验得到桔黄色透明的 薄膜样品（纯ZnO薄膜是 无色透明），桔黄色是 由于氮原子掺杂进入ZnO 薄膜中所致。
样品的XRD曲线 曲线 样品的
作者： 作者：万仁刚 院系：物理02级四班 院系：物理02级四班 02
引言
1842年格洛夫（Grove）在实验室中发现了阴极溅射现 象。迄后70年中，由于实验条件的限制，对溅射机理 的认同长期处于模糊不清状态。1970年后出现了磁控 溅射技术。最近15年来，进一步发展了一系列新的溅 射技术，使得磁控溅射技术从实验室应用技术真正地 进入工业化大量生产的应用领域。 ZnO是一种半导体发光材料，由于它的禁带宽度较大 （3.37ev）,决定了它的发光特性：发光的峰值波长和 光谱能量分布都在紫外区。在紫外激光器和发光二极 管，短波光通讯，光记录等方面有着重要的应用前景， 成为近年来材料学和光学中很热门的研究方向。
ZnO薄膜的光致发光光谱 薄膜的光致发光光谱
如左图为：氮掺杂的 ZnO：N薄膜的光致 发光谱
样品光致发光谱的分析
由上图可知，ZnO薄膜在390nm附近有一个强紫外 发射峰，它是由激子中的电子与空位的复合发出 的光。此外，在绿光区还有一个强度较低的较宽 的发射峰。这于薄膜中O原子的空位有关系。由 于O的空位导致施主深能级缺陷，O缺位中的电子 向价带跃迁时发出波长为510 nm左右的绿光。 因此，ZnO的紫外发光特性与薄膜的结晶程度和 缺陷状态有关。
退火对样品结构特性的影响
退火前薄膜的主要缺陷为O原子空位，产生压应力，晶面 间距变小。退火过程中，原子通过晶格振动交换能量， 使位置畸变的原子得到恢复，消除薄膜的O原子缺陷，晶 粒增大，晶界减小，应力降低 ，因此表现为谱线变窄。 理论上，薄膜为多晶体，其平均晶粒尺寸L由下式确定 L=0.94λ/Bcosθ 其中λ是X射线波长，B是衍射峰半高宽，θ为衍射角。 由于退火后衍射峰变细锐，即半高宽减小，所以加热后 晶粒长大。
射频磁控溅射法制备ZnOAl2O3薄膜及其界面特性研究(精)
射频磁控溅射法制备ZnO/Al2O3薄膜及其界面特性研究摘要：近些年来，由于ZnO薄膜优异的性能，吸引着越来越多的人对其进行研究。
人们尝试利用不同的方法制备ZnO薄膜，并研究了不同的实验参数对ZnO薄膜的生长和特性的影响。
本文主要介绍了射频磁控溅射法制备出的ZnO/Al2O3薄膜的一些重要特性及外界条件对薄膜的影响，重点介绍了在Al2O3（0001）表面ZnO薄膜的成核及生长机制，并与Si （100）、（111）衬底上ZnO薄膜的生长机制作比照。
讨论了不同条件下界面的特性对ZnO 薄膜生长的影响。
关键词：ZnO 界面特性磁控溅射沉积时间引言ZnO是一种新型的II-VI族宽禁带化合物半导体材料，室温下的带隙宽度为3.37eV【1】，原料易得廉价，而且具有更高的熔点和激子束缚能以及良好的机电耦合性和较低的电子诱生缺陷。
此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。
ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在表面声波器件、太阳能电池等诸多领域得到了广泛应用。
随着ZnO泵浦紫外受激辐射的获得和p型掺杂的实现，ZnO薄膜作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、LED等领域也有着巨大的发展潜力。
此外，ZnO薄膜在太阳能电池、表面声波器件、气敏元件、压敏器件等领域的应用也很广泛。
然而，ZnO薄膜虽然在多个领域应用广泛，但是其界面特性依然是影响其制作的半导体元件的性能的重要因素。
目前对于界面的研究和优化的措施还相对较少。
对于产生不同界面特性的影响因素，不同的人也有着不同的看法，赵朝阳，李锐鹏【2】等人认为由于ZnO 外延膜和衬底之间有较大的晶格失配和热失配，会导致ZnO薄膜的晶格畸变，从而影响它的光学和电学性能。
所以,了解ZnO 外延膜与衬底界面处的结构，是十分必要的。
本文主要介绍了射频磁控溅射法制备出的ZnO/Al2O3薄膜的一些重要特性，讨论了不同条件下界面的特性对ZnO薄膜生长的影响。
磁控溅射制备银掺杂ZnO薄膜结构及光电性质研究
ＤＵＡＮ ，ＦＡＮ ａ ｙ ｎ ，ＹＵ ａ ｃ ｅ ，ＮＩＬ ｉ Ｌｉ Ｘｉｏ ｏ ｇ Ｘｉｏ ｈ ｎ ｅ ’
（ Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ａ ｅｉｌ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ １ ｃ ｏ ｌｏ ｔｒ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ｃ ａ ｇ’ｎ Ｕｎｖ ｒ ｉ ，Ｘｉａ １ ０ ４； ａ ｈ ｎ ａ ｉｅ ｓｔ ｙ ’ｎ ７ ０ ６
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氧 化锌 （ ｎ 是一 种 六 角 纤 锌 矿 型结 构 的宽 禁 带 Ⅱ一 Ｚ Ｏ） Ⅵ 族 化合 物半 导体 ， 室 温 下具 有 约 ３ ３ ｅ 的禁 带 宽 度 和 高 在 ． ７Ｖ 达 ６ ｍｅ 的激 子结 合能 ， ０ Ｖ 因此受 到 了学术 界 的重 视 ＿ 。但 １ ］ Ｚ Ｏ基激 光二 极管 、 ｎ 发光 二极 管等 短波 长 光 电器 件 至今 仍 未
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溅射法制备ZnO薄膜结构及光学特性
ＥＥＡＣＣ ： ５ ０ ０２
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射频磁控溅射法制备ZnOAl2O3薄膜及其界面特性研究(精)
射频磁控溅射法制备ZnO/Al2O3薄膜及其界面特性研究摘要：近些年来，由于ZnO薄膜优异的性能，吸引着越来越多的人对其进行研究。
人们尝试利用不同的方法制备ZnO薄膜，并研究了不同的实验参数对ZnO薄膜的生长和特性的影响。
本文主要介绍了射频磁控溅射法制备出的ZnO/Al2O3薄膜的一些重要特性及外界条件对薄膜的影响，重点介绍了在Al2O3（0001）表面ZnO薄膜的成核及生长机制，并与Si （100）、（111）衬底上ZnO薄膜的生长机制作比照。
讨论了不同条件下界面的特性对ZnO 薄膜生长的影响。
关键词：ZnO 界面特性磁控溅射沉积时间引言ZnO是一种新型的II-VI族宽禁带化合物半导体材料，室温下的带隙宽度为3.37eV【1】，原料易得廉价，而且具有更高的熔点和激子束缚能以及良好的机电耦合性和较低的电子诱生缺陷。
此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。
ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在表面声波器件、太阳能电池等诸多领域得到了广泛应用。
随着ZnO泵浦紫外受激辐射的获得和p型掺杂的实现，ZnO薄膜作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、LED等领域也有着巨大的发展潜力。
此外，ZnO薄膜在太阳能电池、表面声波器件、气敏元件、压敏器件等领域的应用也很广泛。
然而，ZnO薄膜虽然在多个领域应用广泛，但是其界面特性依然是影响其制作的半导体元件的性能的重要因素。
目前对于界面的研究和优化的措施还相对较少。
对于产生不同界面特性的影响因素，不同的人也有着不同的看法，赵朝阳，李锐鹏【2】等人认为由于ZnO 外延膜和衬底之间有较大的晶格失配和热失配，会导致ZnO薄膜的晶格畸变，从而影响它的光学和电学性能。
所以,了解ZnO 外延膜与衬底界面处的结构，是十分必要的。
本文主要介绍了射频磁控溅射法制备出的ZnO/Al2O3薄膜的一些重要特性，讨论了不同条件下界面的特性对ZnO薄膜生长的影响。
射频磁控溅射法生长p型氧化锌(ZnO)薄膜及特性研究
射频磁控溅射法生长p型氧化锌（ZnO）薄膜及特性研究王鹏ZnO是一种II－VI族直接宽带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，拥有较高的激子束缚能（～60meV）。
是制造蓝光、紫光甚至紫外光发光器件的理想材料。
最近，ZnO薄膜的p型掺杂成为研究的热点。
目前，p型ZnO虽已有大量的报道，但是其重复性和性能还不理想。
而且，受主杂质在ZnO中的形成机理还不清楚。
这些都制约着ZnO基短波长光电器件的实现。
本工作采用射频磁控溅射方法，以五氧化二磷（P2O5）粉末作为磷源按一定比例与ZnO粉末混合制成溅射靶材，在Si（111）衬底上溅射生长磷（P）掺杂的ZnO薄膜材料。
研究了在750℃原位退火处理过程中，不同的氧气压强对样品的电学特性的影响。
室温下的霍尔测试表明：样品在没有氧气的情况下进行退火处理后，表现为n型导电类型，电子浓度为～1017cm-3。
当氧气作为退火气氛，压强在1.3×10-3～3.9×10-3Pa时，样品转变为p型导电类型。
空穴浓度为1016～1017cm-3，载流子迁移率为4～13cm2/Vs。
当退火过程中采用更高的氧气压强时（5.2×10-3、6.5×10-3Pa），样品的导电类型又转变为n型。
并且电子浓度随着氧气压强的增强而升高。
我们的实验结果表明：原位退火过程中是否通入氧气，以及氧气的压强大小对P掺杂的ZnO薄膜的导电性有重要的影响。
在退火温度一定的情况下，一定压强范围内的氧气作为退火气氛能够实现ZnO薄膜的p型掺杂。
另外，我们还对P杂质在ZnO中的存在状态进行了简单的讨论。
认为P在ZnO中有可能存在P Zn（施主）和P O（受主）两种状态，其导电类型是这两种杂质竞争作用的结果，并且退火过程中氧气的多少对这两种杂质的多少有重要影响。
由于衬底为n型的Si，与p型ZnO薄膜形成了异质p-n结结构。
于是我们测量了该结构的I-V特性。
结果表现具有明显的整流特性。
基于射频磁控溅射法制备ZnO薄膜研究
文章编号：1001－9731（2016）增刊（Ⅱ）－081－04基于射频磁控溅射法制备ZnO薄膜研究*艾春鹏1，赵晓锋1，白忆楠1，冯清茂2，温殿忠1（1．黑龙江大学黑龙江省高校电子工程重点实验室，哈尔滨150080；2．黑龙江大学化学化工与材料学院，哈尔滨150080）摘要：研究射频磁控溅射法制备ZnO薄膜，采用X射线衍射仪(XＲD)和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究溅射功率、溅射时间和退火温度对薄膜微结构特性的影响，并分析ZnO薄膜阻变特性。
实验结果表明，沉积态薄膜择优取向为〈002〉晶向，随溅射功率和退火温度增加，择优取向显著增强，溅射功率120W时薄膜生长速率可达4．8nm/min，薄膜厚度92nm的ZnO薄膜具有阻变特性且开关比可达104。
关键词：ZnO薄膜；射频磁控溅射；微结构；阻变特性中图分类号：TM614文献标识码：A DOI：10．3969/j．issn．1001－9731．2016．增刊（Ⅱ）．0150引言对ZnO的研究最早可以追溯到1935年［1］，六角纤锌矿结构ZnO作为宽带隙化合物半导体（Eg= 3．37eV），其具有良好的压电、气敏和湿敏等优异特性，并且其透光率可高达90%（可见光区域），可广泛应用于压力传感器、加速度传感器、气敏传感器、透明电极和太阳能电池等领域［2－6］。
近年研究发现ZnO薄膜具有电致阻变特性，Nauman等［7］通过电流体动力喷墨打印技术（EHDP）制备出ZnO薄膜，阻变特性开关比为103，Ocampo等［8］采用溶胶－凝胶法（Sol－gel）在多孔硅中注入ZnO，阻变特性开关比为2 3，Shamistha 等［9］采用纳米粒子旋涂方法制备出ZnO薄膜，阻变特性开关比为2．2ˑ104。
随着纳米材料制备技术的发展，ZnO薄膜制备方法主要有溶胶－凝胶法（Sol－gel）、脉冲激光沉积（PLD）、分子束外延（MBE）以及磁控溅射等［11－13］。
本文采用射频磁控溅射法，以P型〈100〉晶向单晶硅片为衬底研究ZnO薄膜制备工艺，并通过X射线衍射仪（XＲD）、扫描电子显微镜（SEM）和台阶仪分析ZnO薄膜微结构特性和生长速率，探究溅射功率、溅射时间和退火温度对ZnO薄膜特性的影响，并使用Keithley 4200半导体参数测试仪研究ZnO薄膜阻变特性。
磁控溅射法生长ZnO薄膜的结构和表面形貌特性
磁控溅射法生长ZnO薄膜的结构和表面形貌特性潘峰;郭颖;陈长乐;文军【期刊名称】《陕西理工学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(26)4【摘要】采用射频磁控溅射方法,在Si(111)和玻璃基片上制备ZnO薄膜.研究衬底温度和基片类型对薄膜结构、表面形貌的影响.结果显示,所有ZnO薄膜沿c轴择优生长,同种基片类型上生长的薄膜,随着衬底温度升高,(002)衍射峰强度和表面粗糙度增高;相同衬底温度下生长的ZnO薄膜,Si基片上制备的薄膜(002)衍射峰强度和表面粗糙度小于玻璃片上的.基片类型影响薄膜应力状态,玻璃片上制备的ZnO 薄膜处于张应变状态,Si基片上的薄膜处于压应变状态;对于同种基片类型上生长的ZnO薄膜,衬底温度升高,应力减小.Si衬底上、300℃下沉积的薄膜颗粒尺寸分布呈正态.【总页数】5页(P58-62)【作者】潘峰;郭颖;陈长乐;文军【作者单位】陕西理工学院,物理系,陕西,汉中,723001;陕西理工学院,物理系,陕西,汉中,723001;西北工业大学,陕西省凝聚态结构与性质重点实验室,陕西,西安,710072;渭南师范学院,物理系,陕西,渭南,714000【正文语种】中文【中图分类】O484.4【相关文献】1.衬底温度对磁控溅射法制备ZnO薄膜结构及光学特性的影响 [J], 徐小丽;马书懿;陈彦;孙小菁;魏晋军;张国恒2.MBE生长ZnO薄膜的结构和光学特性的研究 [J], 蓝镇立;宋宇晨;张希清;杨广武;孙建;刘凤娟;黄海琴;张蕊;殷鹏刚;郭林3.衬底温度对PLD方法生长的ZnO薄膜结构和发光特性的影响 [J], 孙柏;邹崇文;刘忠良;徐彭寿;张国斌4.MgO(111)上ZnO薄膜的外延生长及其结构和光学特性 [J], 杜达敏;王惠琼;周华;李亚平;黄巍;徐建芳;蔡加法;崔琳哲;张纯淼;陈晓航;詹华翰;康俊勇;;;;;;;;;;;;5.MgO(110)上ZnO薄膜的外延生长及其结构特性 [J], 袁学斌;耿伟;王小丹;周华;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
溅射气氛对RF反应磁控溅射制备ZnO薄膜微结构及光致发光特性的影响
Ｚ Ｏ薄膜 是 在 Ｊ Ｐ ０ Ｃ ｎ Ｇ ５ ０ ３四靶共 溅 射 型 高真
空磁 控溅 射设 备上 通过 射频 反应溅 射制 备 。反应
溅射 前 ， 射 室抽 真空 至低 于 １ ０～ Ｐ ， 时衬 溅 ×１ ａ同 底升 温至 ５ ０ｏ 充人氩 气溅 射气 体 ， 锌靶 先预 ０ Ｃ， 纯 溅 射 ５ ｒ ｎ以清 除 表 面上 的杂 质 和氧 化 物 ， 射 ｉ ａ 溅 功率 为 １０ Ｗ ， ０ 溅射 压 强 为 １ ０ Ｐ 。充 入 氧气 反 ． ａ
第３卷 １
第 ４期 发 光 学 来自报 ＣＨＩ ＮＥＳ Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｅ Ｏ ＬＵＭ Ｉ ＮＥＳ ＣＥＮＣＥ
Ｖｏ＿ １ Ｎｏ ４ ｌ３ ．
Ａｕｇ ．，２０１ ０
２１ ０ ０年 ８月
文章 编号 ： ００７ ３ （０ ０ ０ －５３０ １０ －０ ２ ２ １ ）４０ ０ －６
２ ｃ ｏ ｌ ｆ ｔｒ ｌ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ ｎｖ ｒ ｔ ｏ ｅ ｏ ｔ ｌ ，Ｓ ｄ ｅ ， Ｓ ２ ５ ，Ａ ｓ ａ ａ ．Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｍａｅｉ ｓ ｃ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ，Ｕ ｉ ｓ ｙ ｆ ｗ Ｓ ｕｈ Ｗａｅ ｙ ｎ ｙ Ｎ Ｗ ０ ２ ｕ ｔ ｌ ） ａ ｅ ｎ ｎ ｅ ｉ Ｎ ｓ ｒｉ
溅 射 气 氛对 Ｒ Ｆ反 应 磁 控 溅 射 制 备 Ｚ Ｏ 薄膜 ｎ 微结构 及光玫发光特性 的影 响
祜 卫 国 ，张 勇ｈ ，李 璩 杨 峰 Ｃ Ｅ Ｇ ＣＨ ， ， ， Ｈ Ｎ 赵 勇
（ ．西南交通大学超导研究开发中心 材料先进技术教育部重点实验室 ，四川 成都 １ ６０３ ； １０ １
中 图分 类 号 ：０ ８ ． １ ４ ２ ３
１ 引
射频磁控溅射法制备的Eu掺杂ZnO薄膜的结构及其发光性质
大 溅射 处 ¨ 。衬 底 为 石 英 玻 璃 ， 备 前 用 丙 酮 、 制 无 水 乙醇进 行超 声 清 洗 ， 后 用 去 离 子水 冲洗 干 然
净 ， 干后 迅速放 人溅 射 室 中。样 品制 备时 ， 备 吹 设
迁使其 成 为 光 电器 件 中 一 种 重 要 的红 色 发 光 材
对 Ｚ Ｏ Ｅ 。 膜结 构 、形貌 和发 光特 性 的影响 。 ｎ ： ｕ 薄
２ 实
验
能量传 递 到稀 土 发 光 中 心 ， 实现 可 见 光 发 射 。此
外 ，ｎ Ｚ Ｏ还具 有无 毒 、 刻 蚀 、 格 低 廉 且 可 与 硅 易 价 微 电子 集成 工艺 相 容 等 优 点 ， 室 温下 掺 杂 稀 土 是
采 用 ＦＬ６ Ｊ５ ０超 高 真 空 磁 控 溅 射 与离 子 束 联 合 溅射 设 备 制 备 样 品。Ｚ Ｏ 陶 瓷 烧 结 靶 纯 度 为 ｎ
９ ．９ ， ９ ９ ％ 直径 为 ６ ｍ。将 两 片 ３ｍｍ × ｍ × ０ｍ ３ｍ
１ｍ ｍ均 匀平整 的 Ｅ ｕ片对 称地 放在 Ｚ Ｏ靶材 的最 ｎ
Ｅ ｍａ ：ｇ ６ ４ ３ ０ ＠ ｓｈ ． ｏ — ｉ ￣ ５０ ２ １ ｏｕ ｃｍ ｌ
冲激光沉积 （ Ｌ 磁控溅射 （ Ｓ ¨ 固态 Ｐ Ｄ）ｍ 、 Ｊ Ｍ ） 、
反应 ］溶胶 一 胶 １１ 、 乳液 ㈦ 、 淀法 和 、 凝 ３ ］微 － ４ 沉 水热法 －］ 。 由于 三 价 稀 土 离 子 大 的半 径 及 ７８等 １
别为 １０ １０ １０Ｗ； ４ ， ， 溅射时间均为 １ 。退火使 ６ ９ ｈ
料 』 目前 已有 多 种 方法 用来 制 备 Ｚ Ｏ： Ｅ 样 。 ｎ Ｒ¨ 品 ， 括金 属有 机 化 学 气 相沉 积 （ Ｃ Ｄ） 、 包 ＭＯ Ｖ 脉
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74
发
光
学
报
第24 卷
［ 10 ， 11 ］ 错位 Zn 或错位 O 所导致的深能级 。紫外 发光与深能级复合发光的强度比为 7 1 ， 这个比
值优于以前报道的利用溅射法生长 Zn O 膜的同
［ 12 ］ 类比值 。
图1 F i g .1
Zn O 薄膜的 X 射线衍射图
X -ray diffracti on pattern of Zn Ofil m s.
3
结果分析和讨论
图1 为氧氩比为 311 ， 溅射功率为 600 W， 沉
积温度为 200 C 时样品的 XRD 谱， 在图中 2!= （ 峰， 半高宽 （F WHM） 为 34. 78 处为 Zn O 的 002 ） 图中没有观察到其他的峰， 表明 Zn O 薄膜 0. 30 ， 为 ! 轴 择 优 取 向 生 长 的。 利 用 众 所 周 知 的 Scherrer 公式 " = 0. 9" （其中 " 是晶粒尺寸， " # cos! 是 X 射线波长， # 是衍射峰半高宽， ! 是衍射峰 峰 位） 来计算晶粒尺寸， 得到" = 48 n m 。 实验中
F i g .2 图2 Zn O 薄膜的室温 PL 谱
PL spectra of Zn Ofil m at room te mperat ure .
4
结
论
采用 RF 反应溅射法在 n- S 衬底了制 i（001 ） 备了c 轴高度择优取向的 Zn O 薄膜。通过 XRD 谱对薄膜分析， （002 ） 衍射峰半高宽仅为 Zn O 的 观察到 0. 30 。在 Zn O 薄膜的室温光荧光谱中， 两个 较 强 紫 外 发 射 峰 （峰 位 分 别 在 3. 30e V 和 ， 分别来自于自由激子发射和施主 3. 23e V ） - 受主 对跃迁。
参
考
文
献：
［1 ］T ang Z K ，W ong G K L ， Yu P . Room -te mperat ure ultravi olet laser e m issi on from self- asse mbled Zn O m icrocrystallite ［ ］ ， ， ： t hi n fil m s J . A11l . phy . l ett . 1998 7 23270- 3272 . ［2 ］ et al . e ff ects of nati ve def ects on optical and electrical properties of Zn O prepared by pulsed Ji n B J ， Bae S ~ ， Lee S Y ， ： laser depositi on ［ J］ . m ater . s ci . eng . ， 2000 ， B7 1 301- 305 . ［3 ］Paraguary F D ， e strada WL ， A costa D R N . M orphological diff erences i n Zn Ofil m s deposited by t he pyrosol techni Cue ： ： s ， 1999 ， 3 5 0 192- 196 . eff ect of ~C l［ J］ . thin solid fil m ［4 ］M ， ， ， l t hi n fil m s prepared by photoyong S Y Bai k S J Lee C ~ et al . extre mel y transparent and conducti ve Zn O A （ assisted metalorganic che m ical vapor depositi on （ usi ng A lC l3 6 ~2 O ） as ne w dopi ng material ［ J］ . J 1n . photo- MOCVD ） ， ， ： J . A11l . phys . 1997 3 6 L1078- L1081 . ［5 ］Chichi bu S F ， Yoshi da T ， Onu ma T ， et al . ~elicon- wave- excited- plas ma sputteri ng epitaxy of Zn O on sapphire（ 0001 ） （ ： 2002 ， 9 1 2） 874- 877 . substrates ［ J］ . J . A11l . phys . ， ［6 ］Bagnall D ， Chen Y ， Zhu Z ， et al . Opticall y pu mped lasi ng of Zn O at room te mperat ure ［J ］ . A11l . phys . l ett . ， ： 1997 ， 7 0 2230- 2232 . ［7 ］ I wata K ， Fons P ， Ya mada A ， et al . N itrogen-i nduced def ects i n Zn O N grown on sapphire substrate by gas source MBe ： ［ 2000 ， 2 0 9 526- 531 . J］ .J . c r yst . Gro z th ， ［8 ］ et al . Photol u m i nescence of Zn O fil m s deposited on S i substrates ［J ］ . Zhang Gaobi n ， Shi Chaoshu ，~an Zhengf u ， （ ： chin . J . lu m in . ， 2001 ， 2 2 2） 157- 159 （ i n Chi nese ） .
第1 期
张源涛，等：射频磁控溅射 Zn O 薄膜的结构和光学特性
75
［9 ］L ／ iu C i hui ， Zhu Junjie ， L in B i xia ， et al . Deep level of Zn O i heterostruct ure and its i nfl uence on t he photol u m ip- s ［ ］ ， ， （ ） ： （ ） nescence J . Chin . J . Lu m in . 2001 22 3 218- 222 i n Chi nese . ［ 10 ］Reynol d D C ， Look D C ， Jogni B . s im ilarities i n t he bandedge and deep-centre photol u m i nescence mechanis m s of Zn O ［ ］ ， ， ： and Ga N J . Solid S t ate Co mmun . 1997 101 643- 646 . ［ 11 ］Bylander E G. surf ace eff ects on t he low - energy cat hodol u m i nescence of zi nc oxi de ［ J］ . J . AIIl . Phys . ， 1978 ， 49 ： 1188- 1195 . ［ 12 ］Yao Zhenyu ，~e ~ongbo ， Cai Chunli n ， et al . s truct ure and optical properties of Zn O fil m grown on p-t ype s i（100 ） ［ ］ ， ， ： （ ） substrate by sputteri ng J . J . Functional m aterials and d eUices 2000 6 338- 341 i n Chi nese .
发现当射频功率在 300 !600 W 之间和氧氩比值 在1 !3 之 间 变 化 时， 样 品 均 有 较 好 的 结 晶 性， （ 峰的半高宽逐渐减少， 且 （ 峰的峰位逐 002 ） 002 ） 渐向大角度方向移动， 根据 Scherrer 公式可知， 样 品的这种变化意味着 c 轴择优取向性越好， 晶粒 尺寸越大， 薄膜结构性能越好。 作为一种宽带半导体， PL 谱是 Zn O 的重要 特性。图2 为样品的室温 PL 谱， 从图中能观察 到样品有两个紫外发射峰， 峰位分别位于 3. 30e V 和3. 23e V 。我们认为3. 30e V 的发射峰来自于自 由激子发射， 而位于 3. 23e V 的发射峰来自于施 主 在 - 受主对 跃 迁 发 光。除 了 紫 外 发 射 峰 以 外， 处还出现对应绿光波段的荧光峰， 该峰来 2. 5e V 自于深能级复合发光， 主要是由 Zn 空位、 O 空位、
第24 卷
第1 期
发
光
学
报
Vol. 24
No .1
2003 年2 月
CH I NESE J OURNAL OF LUM I NESCENCE
2003 Feb . ，
文章编号： （ 1000- 7032 2003 ） 01- 0073- 03
射频磁控溅射 ! " # 薄膜的结构和光学特性
张源涛，李万程，王金忠，杨晓天，马 艳，殷宗友，杜国同
本低等优点。 我们采用 RF 磁控溅射法在 n- S 衬底 i（001 ） 上制备了 Zn O 薄膜， 用 XRD 谱分析了薄膜结构， 通过 PL 谱分析薄膜的光学特性。
收稿日期： 2002- 07- 03 ；修订日期： 2002- 10- 04 基金项目：国家863 计划资助项目 （ 2001 AA311130 ） 作者简介：张源涛 （ ，男，吉林人，目前在吉林大学电子科学与工程学院微电子学与固体电子学专业攻读博士学位， 主要从 1976 - ） 事 Zn O 薄膜材料的生长及其器件的研制工作。 （ E - mail ： xgWang !mail .jl u .edu .cn ， T el ： 0431 ） 84990631引言 Nhomakorabea2