原子力显微镜在ZAO薄膜表征中的应用.pdfVIP

北京石油化工学院学报 第 21卷 第 2期 VoII21 NO．2 JournalofBeijinginstituteof 2013年 6月 Jun．2013 Petro—chemicalTechnology 原子力显微镜在 ZAO薄膜表征中的应用 杨英歌 ，卢一民，王新如，李小波 (北京石油化工学院 材料科学与工程系，北京 102617) 摘要 ：利用磁控溅射法在溅射功率分别为 3o，5O，8O，100W 条件下制备 ZAO薄膜 ，并通过原子力 显微镜 (AFM)、X射线衍射(XRD)谱对制得 的薄膜样 品进行表面形貌 、结构特性和黏附性能进行研究。 XRD结果表明，随着溅射功率的增加，ZAO薄膜呈现了明显的(002)择优取向，结晶质量获得提高。通 过原子力显微镜对样品的二维、三维以及剖面线图进行分析。随着溅射功率增大，薄膜样品表面较均匀 致密 ，晶粒生长较充分，结晶质量较高，粗糙度和黏附力均增大 。 关键词 ：ZAO薄膜 ；射频磁控溅射 ；原子力显微镜 ；黏附力 中图分类号 ：TB383 文献标志码 ：A ZnO是具有六方纤锌矿 晶体结构 的直接 子束联合镀膜系统在 室温下制备 ZAO 薄膜 ， 带隙宽禁带 Ⅱ一Ⅵ族半导体材料 ，通过掺杂金属 所用靶材是纯度 99．99 的ZnO靶 ，通过将尺 原子或离子，改变 ZnO材料 的能带结构、载流 寸为 3mm ×6．5mm 大小 的 4个纯 度为 子浓度等 ，使掺杂 ZnO具有不 同于本征 ZnO 99．99 的铝片均匀 固定在靶的刻蚀 区内构成 的性能 ，是 ZnO重要的研究方面之一 ¨1]。如在 复合靶 ，实现共溅射。溅射前本底真空达到 5 ZnO薄膜 中掺入铝、铟、氟等元素 ，可有效地改 ×10 Pa，采用 99．999 的高纯氩气作为电离 善薄膜的透 明导电性能 ]。其中A1掺杂 ZnO 气体 ，靶基距为 40mm，溅射气压为 1．5Pa，A1 薄膜 (ZAO薄膜)由于具有可见光 区透 明和 电 靶溅射面积为 78mm ，溅射时间为 60min，溅 阻率低等优异 的光电性能，易于掺杂和制备温 射功率分别为 3O，5O，8O，100W。以普通载玻 度低等诸多优点，广泛应用于太阳能电池、液晶 片为衬底 ，实验 前置 于无水 乙醇 中超声清洗 显示器和热反射镜等领域 。 30min，用适量的去离子水浸泡 30min，取出后 ZAO薄膜的制备方法众多，如磁控溅射、 在恒温干燥箱中烘干后待用。 脉冲激光沉积、溶胶一凝胶法和化学气相沉积 1．2 性能表征 等，其 中磁控溅射制备 ZAO薄膜可获得高度 C 采用岛津公司的XRD7000型 X射线衍射 轴取向、表面平整度高、可见光透过率高及光电 仪 (Cu靶 ，K 射线 ，0．154178nm)测得样 品的 性能 良好的薄膜 。为此许多人致力于研究各项 XRD谱 ，管压为 40kV，管流为 30mA，采样间 溅射参数 ，如溅射气压 、溅射功率 、衬底温度等 隔为 0．02。，扫描速度为 2。／min。ZAO 薄膜 的 对薄膜性能 的影响 |3]。 形貌采用 SPM9500一J3扫描型探针显微镜 的接 触模式进行表征 。实验时 ，在原子力显微镜扫 1 实验