p-Si襯底上生長ZnO薄膜的結構和性能.pdf

1、本論文采用射頻反應磁控濺射法，以高純度的O2和Ar為濺射工作氣體，在Si襯底上成功地制備了高質量的多晶ZnO薄膜，并且利用ZnO同質緩沖層提高了ZnO晶體的質量。采用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)，光致發(fā)光譜(PL)和霍爾效應測試技術系統(tǒng)研究了濺射工藝和退火工藝對ZnO薄膜的厚度、成分、織構、表面形貌、光學性能和電學性能的影響規(guī)律。
　　研究表明，磁控濺射工藝對Z

2、nO薄膜的鋅氧配比、厚度和織構都有很大影響。隨著濺射氣氛中氧氬比的減小，ZnO(002)峰明顯加強，而工作氣壓的增加，并不利于 ZnO擇優(yōu)取向生長。襯底溫度的增加則有利于 ZnO擇優(yōu)取向生長。
　　緩沖層的厚度對薄膜的結晶質量和表面形貌有很大的影響，研究發(fā)現，緩沖層厚度36nm時，ZnO薄膜有最優(yōu)的取向和最平滑的表面。
　　退火能改善 ZnO薄膜的鋅氧比、c軸的擇優(yōu)取向和應力狀態(tài)，減少薄膜中的缺陷，使晶粒長大，但是過高的退火

3、溫度不利于 ZnO薄膜的重結晶，使 ZnO薄膜的質量變差。研究發(fā)現，在空氣中退火溫度到400℃時，薄膜的應力由拉應力轉變?yōu)閴簯Γ?00℃時，ZnO薄膜的半峰款最窄。
　　在對ZnO薄膜的光致發(fā)光譜的研究中發(fā)現，ZnO薄膜的光致發(fā)光譜中一般都有兩個波段的發(fā)光峰，一個位于紫外波段，一個在可見光波段。紫外峰來自于 ZnO薄膜的自由激子發(fā)光，而可見光則來自于 ZnO薄膜中的缺陷能級。在對ZnO薄膜的霍爾效應測試中發(fā)現，一般情況下，ZnO

4、薄膜都為n型導電，n型導電主要來自 ZnO薄膜中的Zn間隙，而且霍爾遷移率與ZnO薄膜中的鋅氧比和結晶質量都有很大的關系，隨著鋅氧比偏離化學計量比，霍爾遷移率提高，同時結晶質量的提高也有利霍爾遷移率的提高。在Ar氣保護下，對富氧條件下生長的ZnO薄膜的退火后的霍爾測量中發(fā)現， ZnO薄膜呈現 p型導電狀態(tài)，分析認為，這可能是由于富氧狀態(tài)下生長的ZnO薄膜中過量的O在Ar氣保護下退火沒有逸出薄膜，反而進入了ZnO薄膜的間隙位置，成為正電中