物理法制备ZnO薄膜的方法

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
物理法制备ZnO 薄膜的方法
溅射法(Sputtering) 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。

假如靶材是Zn,沉积过程中Zn 与气氛中的O2 发生反应生
成ZnO,属于反应溅射。

若靶材是ZnO,沉积过程中无化学变化则为普通溅射法。

溅射法要求较高的真空度,合适的溅射功率及衬底温度。

磁控溅射ZnO 薄膜,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。

决定ZnO 薄膜微结构的主要因素是衬底温度和溅射粒子的能量分布。

保护气通常用
超高纯氩气,反应气为氧气。

在反应溅射中,可能会有部分Zn 与O2 没有反应完全,薄膜的特性不够理想,不如用ZnO 靶制备的薄膜质量好。

脉冲激光沉积法(PLD) PLD 是在超高真空(本底气压10-8Pa)系统中,准分子激光器所产生的高功率脉冲激光束聚焦照射靶面,使靶材瞬时升华、解离,产生高压高温等离子体(T≥104K),这种等离子体局域定向膨胀发射并冷却沉积在衬底上成膜。

PLD 常用的激光器有波长248nm 的KrF 和波长193 nm 的ArF 准分子激光器。

衬底温度和反应气氛是决定ZnO 薄膜结晶好坏的重要因素。

PLD 系统示意图示于图1。

PLD 法制备的ZnO 薄膜的结构、光电性质与衬底温度、背景气压、激光能量密度、脉冲宽度和重复频率等因素有关。

PLD 生长参数独立可调, 化学计量比可精确控制,薄膜平整度好,易于实现多层薄膜的生长,而且减少了不必要的玷污。

图1 PLD 系统示意图
分子束外延法(MBE)MBE 是一种原子级可控的薄膜生长方法MBE 生长ZnO
需要超高真空条件,本底压强大约为10-7Pa 或以上,衬底通常为蓝宝石。

在电子
回旋共振分子束外延(ECR-MBE)生长中,采用100mW 的微波功率,氧气分压为2。