ZnO缓冲层上低温生长Al掺杂的ZnO薄膜.pdfVIP

助 材 料 2011年第8期(42)卷 ZnO缓冲层上低温生长 A1掺杂的ZnO薄膜 马李刚 ，马书懿 ，陈海霞 ，黄新丽 (1．西北师范大学 物理与电子工程学院，甘肃 兰州 730070； 2。甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室，甘肃 兰州 73007O) 摘 要 ： 采用射频磁控溅射法在 ZnO缓冲层上制备 在薄膜与衬底间引入缓冲层 。目前 ，作为 ZnO薄膜的 了不同Al掺杂量的ZnO(AZO)薄膜。利用 x射线衍 缓冲层材料有 MgO、SiC和 Zn等异质材料和低温生 射 (XRD)、扫描 电子显微镜 (SEM)和光致发光 (PL)等 长的ZnO同质材料。这些缓冲层 的引入 ，都使得 ZnO 表征技术，研究了AZO薄膜的微观结构、表面形貌和 薄膜的结晶质量和光学性能得到了很好 的提高。为了 发光特性 。结果表明，随着 Al掺杂量的增加 ，ZnO薄 进一步地研究 Al掺杂量对含缓冲层 ZnO 薄膜 的影 膜的择优取 向性发生 了改变，且 当Al的掺杂量为 响，本文利用射频磁控溅射法 ，在 ZnO缓冲层 (Si衬 0．81 (原子分数)时，(002)衍射烽与其它衍射峰强度 底)上制备了AZO薄膜 。利用 X射线衍射 (XRD)、扫 的比值达到最大，表 明适合 的A1掺杂使 ZnO薄膜 的 描 电子显微镜 (SEM)和光致发光 (PL)等表征技术 ，研 择优取向性得到 了改善 。在可见光范围内薄膜的平均 究了不同Al掺杂量对薄膜 的微观结构和发光特性 的 透过率超过 70 。通过对样 品光致发光 (PL)谱 的研 影响。并对实验结果进行了分析 。 究，发现所有样品出现 了3个发光峰，分别对应于以 2 实 验 444nm(2．80eV)、483nm(2．57eV)为 中心的蓝光发 光 峰和 以521nm(2．38eV)为 中心较弱的绿光峰。并对 实验所用仪器为 JGP560B型超高真空磁控溅射 样 品的发光机理进行 了详细的探讨 。 设备 ，将高纯度的金属 Al片加在 Zn靶上共溅射 的方 关键词 ： 磁控溅射法 ；ZnO缓冲层 ；A1掺杂 ZnO 薄 法，并通过改变溅射靶上 Al片的面积与溅射靶的面积 膜 ；XRD；光致发光 比来改变 Al的掺杂量 。衬底为 n型(100)单晶Si片 ， 中图分类号 ： O484．4；0484．5 文献标识码 ：A 制备前先用 2O 的HF溶液除去 Si表面的氧化层 ，然 文章编号：1001—9731(2011)O8—1516-04 后和 自制 A1片一起用丙酮、乙醇及去离子水依次进行 超声清洗 15min，清洗完毕后吹干迅速放入真空室。 l 引 言 实验所用靶材为纯度优 于 99．99 的 Zn靶 (直径 透明导电氧化物薄膜 (TCOs)以其 良好 的导 电性 60mm，厚度 4mm)，靶与衬底间距离为 50mm。腔体 以及在可见光范围内有较高的透过率，已得到广泛地 的本底真空为 2×1O Pa。溅射气压为 1Pa，Ar和 O 研究与应用 。 目前应用较多的是铟锡氧化物薄膜 表观质量流量分别为 1O和 6mL／min，溅射功率为 (ITO)，但 ITO薄膜 中含有贵金属铟 ，成本较高。近年 100W。实验分为两步 ，在上述参数不改变 的情况下， 来 ，Al掺杂 ZnO(AZO)薄膜具有与 ITO薄膜相 比拟 先在 Si基片上室温生长 ZnO缓 冲层，其溅射时间 的光 电性能，且具有原材料储量丰富、无毒性和制备工