【摘要】：ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ族寬帶隙半導(dǎo)體材料。由于氧空位和鋅間隙引起的半導(dǎo)體的自然摻雜是n型的,這使得ZnO具有良好的透光性、高電子遷移率以及室溫下的發(fā)光性能很強等特性。其良好的透明性可以作為透明電極應(yīng)用在各種用電器的顯示屏上、還可以作為熱保護窗口以及作為薄膜晶體管和發(fā)光二級管的電子器件等領(lǐng)域,具有很好的實用價值。如今ZnO薄膜的制備技術(shù)有很多種。其中磁控濺射技術(shù)因其鍍膜速率快、成本相對比較低廉、且制備的ZnO薄膜的光學(xué)性能較好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。但該技術(shù)制備的薄膜在晶粒取向、晶粒尺寸和薄膜表面粗糙度等方面有待提高。本文制備ZnO薄膜用到的是經(jīng)過改進的磁控濺射儀器,改進的方式是在襯底的前方加入一個不銹鋼金屬制成的過濾電極,改進后的技術(shù)稱為EFMS技術(shù)。該技術(shù)制備的薄膜表面均勻性好、結(jié)晶取向明顯、半高寬較窄,結(jié)晶質(zhì)量好,進而使其光學(xué)性能得到改善。本論文采用EFMS技術(shù)分別探究不同沉積條件對r、a、c、m藍寶石襯底上生長的ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)、擇優(yōu)生長和光學(xué)性能的影響。本論文內(nèi)容如下:(1)首先在r面(11-20)藍寶石襯底上通過改變沉積溫度、沉積壓強和氧氬流量比制備了三組ZnO薄膜。分別利用XRD、SEM研究ZnO薄膜的結(jié)晶取向和表面形貌。薄膜的光學(xué)性質(zhì)利用紫外/可見/近紅外分光光度計和橢偏儀進行測試。結(jié)果顯示:(1)在r面襯底上制備的ZnO均只有(1-102)衍射峰,說明制備的ZnO沿著(1-102)取向生長,即r面藍寶石生長的是a面的ZnO薄膜。(2)溫度系列中隨著溫度升高,(1-102)峰的半高寬開始變寬,結(jié)晶質(zhì)量隨著溫度的升高變差,表面顆粒長大,粗糙度增大。(3)沉積壓強系列中壓強為0.75Pa時膜表面顆粒均勻、致密。(4)氧氬比系列中氧氬比為5:5時,薄膜結(jié)晶最好,晶粒較小,折射率在可見光范圍變化緩慢。(2)其次分別選取a面(11-20)、c面(0001)和m面(10-10)藍寶石作為制備ZnO薄膜的襯底。在a面、c面藍寶石襯底上通過改變沉積溫度制備ZnO薄膜,研究沉積溫度對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。其次在m面藍寶石上改變氧氬比參數(shù),研究氧氬比對m面藍寶石襯底上生長的ZnO的結(jié)構(gòu)以及光學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):(1)在a、c面藍寶石襯底上制備的ZnO薄膜均只有(0002)和(0004)衍射峰,這說明在a、c面藍寶石上制備的均是c面ZnO薄膜。(2)m面襯底上生長的ZnO薄膜擇優(yōu)生長隨著氧氬比變化明顯,氬氣較多或者較少均不利于ZnO薄膜的擇優(yōu)生長。氧氬比為5:15時,只有ZnO薄膜的(10-10)和(20-20)衍射峰,說明m面藍寶石上生長的是m面的ZnO薄膜。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O484
【圖文】：

圖 1.1 ZnO 三種晶型的晶體結(jié)構(gòu)圖六邊形結(jié)構(gòu)具有 6 mm (Hermann-Mauguin notation)或 C6v (Schoenflnotation)的點群，并且空間群是 P63mc 或 C6v4。晶格常數(shù)的 c/a～1.60 接近于角晶胞的 c/a=1.633[7]。與大多數(shù) II-VI 族材料一樣，ZnO 中的鍵主要是 Zn2+O2-，其中 Zn2+的半徑為 0.074 nm，O2-的半徑為 0.140 nm，這種性質(zhì)是纖鋅優(yōu)先形成的原因，而不是閃鋅礦結(jié)構(gòu)[8]。由于 Zn-O 鍵為極性，鋅和氧帶電，了保持電中性，在大多數(shù)相關(guān)材料中，這些鍵在原子水平上重建，但是在 Zn結(jié)構(gòu)中則不然，其表面原子上平坦、穩(wěn)定且不顯示重建。ZnO 的這種反�，F(xiàn)沒有得到充分解釋[9]。然而，根據(jù)對 Wurtzoid 結(jié)構(gòu)的研究解釋了 ZnO 纖鋅礦面平坦性的起源和而且除了 ZnO 平面上電荷的起源之外，在 ZnO 纖鋅礦表面有重建。ZnO 立方巖鹽礦結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中 Zn 原子位于（0、0、0），O 原子位于（1/1/2、1/2）。常壓下該結(jié)構(gòu)的 ZnO 不存在，只有在壓強高達 10GPa 左右時，鋅礦結(jié)構(gòu)的 ZnO 將會發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變，變成巖鹽礦結(jié)構(gòu)[10]。

濾磁控濺射技術(shù)及薄膜表征方法濾磁控濺射技術(shù)（EFMS） 技術(shù)真空室內(nèi)部結(jié)構(gòu)及過濾電極結(jié)構(gòu)本文中用到的直流磁控濺射鍍膜機，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如直流磁控濺射鍍膜機內(nèi)部的襯底支架上安裝一個不銹極，該過濾電極與靶材保持平行，而且使電極接地。2.3 所示。該過濾電極的引入將會改變反應(yīng)室內(nèi)電磁場離子體中的電子的運動進行干擾，電子運動發(fā)生偏轉(zhuǎn)向，因此過濾電極的引入就會起到過濾電子的效果。襯底的電子減少，薄膜受到電子的撞擊將會減弱，這晶質(zhì)量將會變好，而且表面顆粒大小將會均勻，從而，實現(xiàn)改善薄膜結(jié)晶取向、表面形貌以及光電性能的

【參考文獻】

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本文編號：2725979