ZnO薄膜制备及光电学性质的研究.docVIP

薄膜的物理气相沉积——磁控溅射法 实验报告 12级应用物理班 实验人：华语棋 1238020 王美玲 1238025  ZnO薄膜的制备及其性能的研究 理学院 12级应用物理班 华语棋 王美玲 摘要：利用射频磁控溅射镀膜工艺，在玻璃衬底上成功制备了ZnO 薄膜。将得到的薄膜样品采用Lambda950型可见分光光度计对其吸收谱进行测定，分析其光吸收性能。 关键词：射频磁控溅射；ZnO薄膜；性能 Abstract: RF magnetron sputtering process on glass substrate ZnO film was prepared successfully.Use Lambda950 visible spectrophotometer to measure the absorption spectrumits of the sample,then analyze its optical absorption properties. Keywords: RF magnetron sputtering; ZnO films; Performance 一、引言 ZnO 是一种新型的宽禁带直接带隙半导体材料，化学性能和热稳定性好。高C 轴取向的ZnO 薄膜展示了良好的电学和光学性质，在声电和光电等设备中已得到了较为广泛的应用。随着近年来ZnO 光泵浦紫外激光的获得和掺杂的实现，ZnO 薄膜作为新型的光电材料，在紫外探测器、发光二极管等领域表现出巨大的发展潜力。，ZnO薄膜有一定的潜在市场和良好的产业化前景。随着研究工作的不断深入，ZnO薄膜的应用必将渗透到各种领域并影响社会生产和人们的生活。几乎所有的制膜技术均可用于ZnO 的生长，包括溶胶- 凝胶、喷雾热分解、分子束外延、脉冲激光沉积、金属有机化学气相沉积、磁控溅射等。其中磁控溅射法生长的薄膜有均匀、致密、重复性好、对衬底的附着力强等优点.。 磁控溅射技术是薄膜制备的常用方法之一。磁控溅射是物理气象沉积的一种方法，具有溅射率高、基片温度低、膜与基片的结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点，适用于镀膜工业领域特别是建筑镀膜、透明导电膜玻璃等大面积的均匀性要求高的场合。 二、实验原理 1、ZnO的结构 ZnO之所以具有优良的电学和光学特性，与它自身结构有着必然的联系。ZnO的晶体结构为纤维锌矿结构，在常温常压下的稳定相属六方晶系，布拉菲格子为六角格子，空间群为P63mc，其化学键处于离子键和共价键的中间状态。其晶体结构如图1所示。 图1 ZnO晶体结构 ZnO的晶格常数为a--O．32496nm，c=O．52065nm，c／a=1．602，比理想的六方密堆积结构的1．633稍小。c轴方向的Zn-O间距为0．1992nm，其它方向的间距为0．1973nm。晶胞中以Zn原子为中心与周围的四个O原子形成一个四面体。同理，以O原子为中心也形成一个四面体，其化学键处于离子键和共价键的中间状态。Zn原子和O原子各自组成一个六方密堆积结构的子格子，这两个子格子沿c轴平移0．385c，套构形成纤锌矿结构。也就是说纤锌矿结构的ZnO是由一系列氧原子层和锌原子层构成的双原子层堆积起来的，每一个原子层都是一个(001)晶面，它的(001)面规则地按ABABJf顶序堆积，密排面是(001)。从(001)面看，这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面，用(001)面表示，同时也具有一个O极化面，用(00 1)面表示，这种极化分布使得Zn面和0面具有不同的物理和化学性质，影响着薄膜的光学性质、电学性质、热稳定性和杂质的掺入。ZnO晶体dg(001)面在平衡状态下是光滑面，ZnO薄膜在生长过程中有强烈的(001)面择优取向特性，或称为c轴择优取向。 2、射频磁控溅射原理 溅射是指利用带电荷的高能粒子碰撞固体表面，使固体原子或分子碰撞射出的现象。格洛夫(Grove)在1852年发现这种现象。今天它已经被广泛应用于薄膜制备领域。磁控溅射法是20世纪70年代迅速发展起来的建立在气体辉光放电基础上的一种溅射技术。根据靶材在沉积过程中是否发生化学变化，可分为普通溅射和反应溅射；按工作电源类别可分为直流(DC)磁控溅射和射频(RF)溅射两种。磁控溅射是在二极溅射的基础上以增加磁场来改变电子的运动方向，束缚和延长电子运动轨迹，从而提高电子对工作气体的电离几率和有效的利用电子的能量。因此，在形成高密度等离子体的异常辉光放电中，正离子对靶材轰击引起的靶材溅射更为有效。受正交磁场束缚的电子，只能在能量将要耗尽时才能沉积在基片上，使磁控溅射具有高速、低温两大特点。 与其他方法相比磁控