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ZnO薄膜结晶特性的衬底依赖性分析 (3)

时间:2019-12-31 21:17来源:毕业论文
态来控制ZnO薄膜的生长形式。目前,用作薄膜衬底的材料通常是单晶硅或蓝宝石基片,甚至还有石英玻璃等材料,但无论采用哪种衬底材料都会存在薄膜和

态来控制ZnO薄膜的生长形式。目前,用作薄膜衬底的材料通常是单晶硅或蓝宝石基片,甚至还有石英玻璃等材料,但无论采用哪种衬底材料都会存在薄膜和衬底之间的晶格失配和热失配等问题,从而会造成薄膜附着力差,结晶质量不高,取向杂乱等问题,进而影响到薄膜材料的结晶质量和光学性能。生长ZnO薄膜常用的高真空物理物理方法如磁控溅射法、脉冲激光沉积法等生长的ZnO薄膜均存在严重的成分偏析,即薄膜内严重缺氧而导致氧空位论文网、锌间隙很多,这对薄膜的结晶质量和光学性能也有很大的影响[5]。

    为解决衬底和薄膜之间失配造成的结晶质量和取向性差已以及薄膜内紫外光和可见光发光强度比低的问题,而采用对衬底进行化学湿刻蚀处理并在衬底上生长一层较薄的籽晶层的方法,来控制ZnO薄膜的生长模式和取向特征;即利用磁控溅射法制备一层ZnO薄膜籽晶层。

    磁控溅射法是制备薄膜较为方便的一种方法。氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面,将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间,便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。溅射是指靶和入射粒子之间相互碰撞的一个过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射,与靶原子相碰撞,把携带的部分能量传递给靶原子,其他原子又和靶原子产生碰撞,形成级联过程。在碰撞过程中,某些表面附近的靶原子获得足够向外运动的动量,离开靶被溅射出来,落向衬底,在衬底上沉积之后形成薄膜。通常的溅射方法溅射效率并不高,为了提高溅射效率,首先需要增加气体的离化效率。由于溅射用于轰击靶材的离子来源于等离子体,这就使得提高等离子体的密度或电离度成为了提高溅射镀膜速率的关键,以便获得更多的离子以轰击靶材。这样就需要充分利用电子的能量,使它最大限度地产生电离。也可以通过施加磁场使电子不再做平行直线运动,而是围绕着磁力线做螺旋运动,这就大大提高了离化率,同时,由于磁场的作用,电子的运动路径也大幅度增加,从而提高在直线运动距离内的气体离化效率,即磁控溅射[6]。利用直流溅射法溅射导电性好的薄膜时,溅射速率很大,但是溅射化合物靶或绝缘体等导电性不好的薄膜时,会在靶表面形成绝缘层,导致靶表面电荷不能及时疏散,发生“靶中毒”现象(靶中毒即溅射速率锐减甚至溅射终止)。采用射频磁控溅射技术,可以很好地解决这个问题。射频磁控溅射是将两个电极接在射频电源上,在射频电场的作用下工作气体被电离成等离子体,从而实现溅射成膜。

    在获得ZnO籽晶层薄膜后,通过一种简单的常压气相生长方法,即超声喷雾热解法来制备ZnO薄膜,并对薄膜进行施主或受主掺杂来控制薄膜的光学性能,提高紫外可见发光比例。该方法具有对衬底材料适用性广,所需设备简单,成本低等优点。

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