当前位置：文档之家 › 氧化锌薄膜的制备技术

氧化锌薄膜的制备技术

  • 格式：pdf
  • 大小：342.93 KB
  • 文档页数：2

第25卷 第6期2009年3月
甘肃科技
Gansu Science and Techno logy
Vol.25 N o.6
M ar. 2009氧化锌薄膜的制备技术*
李 勇,马书懿,李锡森,蔡利霞
(西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃兰州730070)
摘 要:介绍了氧化锌薄膜的制备方法,主要有物理和化学两种方法。

物理方法有:分子束外延法(M BE),脉冲激光溅射沉积法(PLD)以及磁控溅射法;化学方法有:溶液镀膜法和各种化学气相淀积(CVD)。

重点讨论了磁控溅射法的优缺点及展望。

关键词:脉冲激光沉积;化学气相淀积;磁控溅射法
中图分类号:O472.3
1 引言
ZnO薄膜是一种直接型宽禁带化合物半导体材料,具有优异的压电、光电性能以及高化学与力学稳定性,而且ZnO薄膜的生长温度较低,电子诱生缺陷少,原料价格低,制备方法简单,材料安全环保,因而在太阳电池、液晶显示器、发光二极管(LED)以及其他光电元器件领域显示了广阔的应用前景。

目前,ZnO薄膜的制备技术有很多,如,分子束外延(MBE)、激光沉积(PLD)、化学气相沉积(C VD)、磁控溅射、离子束辅助沉积以及溶胶凝胶法等。

其中磁控溅射技术由于其主要的工艺参数,如工作气氛的压强和组分、溅射功率、靶与衬底间距、衬底温度等易于控制,容易实现所需性能薄膜的大面积均匀化沉积,而且具有重复性好、可靠性和沉积效率高而成为适于工业化生产的技术。

2 各种制备技术
2.1 溶胶一凝胶法
溶胶一凝胶法是20世纪60年代发展起来的一种材料制备方法。

自1971年,D i d icih首次通过溶胶一凝胶法制备出多元氧化物固体材料以后,溶胶一凝胶法就越来越受到人们的瞩目。

溶胶一凝胶法制备透明导电膜主要是通过喷涂或浸涂的方法将待镀材料的溶液(一般为可溶性盐溶液),均匀地涂覆于加热的衬底上,使喷涂或浸涂上的溶液发生水解反应,从而形成透明导电膜。

2.2 化学气相沉积法
CVD方法是通过把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片,利用加热、等离子体、紫外光乃至激光等能源,借助气相作用在基片表面的化学反应(热分解或化学合成)生成要求的薄膜。

其中,MOVC O法成膜质量高,并且能实现高速度、大面积、均匀、多片一次生长,符合产业化要求,因此,成为人们研究的重点。

MOC VD法的缺点是原料化学性质不稳定、有毒且价格昂贵,尾气需要专门设备处理。

2.3 分子束外延法
分子束外延(M BE)是一种可以达到原子级控制的薄膜生长方法,典型的M BE设备由束源炉、样品台和加热器、控制系统、超高真空系统(包括真空生长室和机械泵、分子泵、离子泵、升华泵等,真空度可达到1 10-8Pa以上)和检测分析系统(高能电子衍射仪、离子溅射枪、俄歇分析仪和四极质谱仪等)组成。

M BE生长薄膜的最大优势在于:能够精确控制沉积参数,而且借助于高能电子衍射枪(RH EED),可以动态实时的监测薄膜外延生长模式;缺点是生长太慢,难以用于生产,生长多组分薄膜困难,生长温度不能太高。

2.4 脉冲激光溅射沉积法
脉冲激光溅射沉积法(PLD)是20世纪80年代后期发展起来的一种薄膜沉积方法。

高能量的脉冲激光轰击靶材表面,使靶材瞬时熔化,形成高温高速的等离子羽辉,沉积到衬底上形成薄膜。

PLD的优点是操作简单,反应过程迅速;沉积过程中相对原子浓度基本保持不变,制备的薄膜接近理想配比。

缺点是对薄膜厚度,成膜的均匀性不好控制,而且难以实现大尺寸均匀成膜,如图1所示。

*基金项目:国家自然科学基金资助项目(10874140);甘肃省自然科学基金资助项目(0710RJ2A105)
图1 PLD 法制备ZnO 薄膜的工作原理
2.5 磁控溅射法
磁控溅射法是在高真空中,充以惰性气体,在高频高压电场的作用下,使气体电离,在阳极和阴极间产生辉光放电,形成高能量的离子流,轰击在阴极(又称靶电极)上,使靶电极材料沉积在衬底基片上,形成所需要薄膜。

磁控溅射按工作电源类别分为直流(DC )磁控溅射和射频(RF)溅射两种,如图2所示。

与其他方法相比磁控溅射法有以下优点:
(1)可以通过调节制备工艺参数,如,靶材中的成份配比、沉积速率、溅射功率、衬底温度、衬底偏压、溅射时间等,优化薄膜的各种性能;(2)薄膜与有机衬底之间有很好的附着性。

由于溅射原子的能量比蒸发原子的能量高1~2个数量级,因此高能粒子沉积在衬底上进行能量交换,可以产生较高的热能,增强了溅射原子与衬底的附着力。

而且一部分高能量的溅射原子将产生不同程度的注入现象,在衬底上形成一层溅射原子与衬底材料原子相互混溶的伪扩散层。

此外高能的溅射原子可以将其能量传递给己沉积原子,有助于已沉积的原子或原子团迁移和结晶;(3)可获得较大的离子轰击电流,靶表面的溅射刻蚀速率和基片上膜的沉积速率都很高,因而沉积速率高、产量大;低能电子与气体原子的碰撞几率高,气体的离化率大,溅射的功率效率高;(4)磁控溅射镀膜法获得的薄膜的密度高,针孔少,而且薄膜的纯度较高;(5)膜厚可控和重复性好。

由于溅射镀膜时放电电流和靶电流可分别控制,通过控制靶电流则可有效控制溅射功率,所以,溅射镀膜的膜厚可控性和多次溅射的膜厚再现性好,能够有效地镀制预定厚度的薄膜。

此外,溅射镀膜还可以在
较大面积上获得厚度均匀的薄膜。

图2 磁控溅射工作室示意图
3 结论与展望
随着信息技术和材料科学的迅猛发展,各种新型透明导电薄膜材料制造的光电器件在军事、航空、航天等领域己开展应用,并日趋广泛。

由于透明导电薄膜对光波的选择性(对可见光的投射和对红外光的反射)用作热反射镜,用于寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏蔽作用,节省能源消耗;还可用作透明表面发热器,在汽车、飞机等交通工具的玻璃窗上形成防雾除霜玻璃,同理,可用在防雾摄影机镜头、特殊用途眼镜、仪器视窗上。

因此,制备高质量的透明导电薄膜就成为其应用的先决条件,如果可以大规模快速的制备各种应用性能优良的薄摸,那将在世界的各个发展领域有所作为。

而本研究正是介绍了目前几种制备高性能氧化物透明导电薄膜的常用设备,并且具体的分析了各种制备方法的优缺点。

通过本研究,大家会看到磁控溅射法是制备高性能透明导电薄膜的比较理想的制备方式。

此方法具有参数易于控制,薄膜在衬底表面附着性能好,薄膜厚度容易掌握及可重复性好等特点,使其成为目前广为应用的一种制备高性能透明导电薄膜的常规方法。

参考文献:
[1] 赵艳.激光制备氧化锌纳米材料及其激光辐照效应研
究[D ].北京工业大学博士学位论文,2008.
[2] 何维凤.磁控溅射法制备ZnO 透明导电薄膜组织与性
能研究[D ].江苏大学硕士学位论文,2005.
[3] 田臻锋.磁控溅射法制备Zn O 薄膜及其特性研究
[D ].郑州大学硕士学位论文,2006.
73
第6期 李 勇等:氧化锌薄膜的制备技术。

合集下载

zif 薄膜 制备

zif 薄膜 制备

zif 薄膜制备
zif 薄膜的制备方法如下：
1、配置锌基树脂前驱体溶液，将锌基树脂前驱体溶液均匀地扩散到硅片表面并成膜。

2、使用长波紫外线透过图案化掩模版对硅片表面的膜进行照射，使硅片表面膜固化生成图案化丙烯酸锌-丙烯酸共聚物有机膜，对图案化丙烯酸锌-丙烯酸共聚物有机膜进行洗涤处理。

3、采用高温热处理法将图案化丙烯酸锌-丙烯酸共聚物有机膜转化为图案化多孔氧化锌薄膜，采用化学气相沉积法将图案化多孔氧化锌薄膜和2-甲基咪唑粉末进行反应转化为图案化zif 薄膜。

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜

最近３０多年来围绕着氧化锌薄膜的晶体结构、物化性能、成膜技术以及相 关的器件开发等展开了广泛且深入的研究，使得它的各项性能和应用都获得了显 著的进展。许多应用氧化锌薄膜制作的电子器件已经得到了广泛的应用，比如在 ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｃｅ，声表面波）器件上ＺｎＯ薄膜的应用，以及在透明 电极、光电器件、蓝光器件等方面也有很大的应用潜力圆。在室温下高质量ＺｎＯ 薄膜紫外激射的实现，使其成为一种理想的短波长发光器件材料，使这一领域倍 受科研人员的重视。
（ＡＺＯ）ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ａｒｅ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ａｓ ａｎ ａｌｔｅｍａｔｉｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｃａｎｄｉｄａｔｅ ｆｏｒ ＩＴＯ （Ｓｎ．ｄｏｐｅｄ Ｉｎ２０３）ｆｌｉｍｓ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｔｏ ＩＴＯ ｆｉｌｍｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｌａｓｍａ ｔｈａｎ ＩＴＯ．
电子科技大学硕士学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ａｓ ａ ｗｉｄｅ ｂａｎｄ－ｇａｐ（３．３ｅＶ）ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗｉｔｈ
ｗｕｒｔｚｉｔｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｉｓ ｇａｉｎｉｎｇ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａＳ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ，ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｅｘｃｉｔｏｎ ｂｉｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ６０ ｍｅＶ．Ａ１·ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ
P型氧化锌薄膜的结构及其制备

P型氧化锌薄膜的结构及其制备

P型氧化锌薄膜的结构及其制备摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60meV)，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、表面声波元件以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。

ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点。

本文综述了ZnO薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。

关键词：ZnO薄膜；制备；发展前景1ZnO结构ZnO有三种晶体结构，分别是立方NaCl，闪锌矿和六角纤锌矿构，如图1所示，在常温常压下，ZnO的热稳定相为六方纤锌矿结构[5]，具有六方对称性。

纤锌矿ZnO的晶格常数是a=3.2498 Å，C=5.2066 Å。

在C轴方向上，Zn原子与02原子的间距为0.196nm，在其他三个方向上为0.198nm。

ZnO的结构可简单地描述为由Zn原子面和O原子面沿C轴交替排列而成，其中Zn和O原子为相互四面体配位，从而Zn 和0在位置上是等价的。

这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面和一个O极化面，这种C面的极化分布使得两个面具有不同的性质，导致该结构缺乏对称中心。

另外，ZnO的纤锌矿结构相当于0原子构成简单六方密堆积，Zn原子填塞于半数的四面体隙中。

图1 ZnO的晶体结构：（a）立方NaCl结构（b）闪锌矿结构（c）六角纤锌矿结构2.p型ZnO薄膜的制备方法2.1分子束外延技术（MBE）分子束外延(MBE)是一种真空蒸发技术,把原材料通过加热转化为气态,然后在真空中膨胀,再在衬底上凝结,进行外延生长。

典型的MBE设备由束源炉、样品台和加热器、控制系统、超高真空系统(包括真空生长室和机械泵、分子泵、离子泵、升华泵等, 真空度可达到1×10- 8 Pa以上)和检测分析系统(高能电子衍射仪、离子溅射枪、俄歇分析仪和四极质谱仪等)组成。

中国地质大学材料科学与化学工程学院

中国地质大学材料科学与化学工程学院

ZnO薄膜的制备及应用研究进展胡国华，陈建平（中国地质大学（武汉）材料科学与化学工程学院，武汉430074）摘要ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料，具有很好的化学稳定性和热稳定性,抗辐射损伤能力强，在光电器件、压电器件、表面声波器件等诸多领域有着很好的应用潜力。

本文主要介绍制备ZnO薄膜的技术和方法，并简要的介绍了ZnO薄膜的应用进展。

关键词ZnO薄膜；制备；应用０前言ZnO是一种新型的宽禁带化合物半导体材料，与GaN相比具有相近的晶格常数和禁带宽度，原料廉价易得，而且具有很高的熔点和激子束缚能，以及良好的机电耦合性和较低的电子诱生缺陷。

此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。

ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在表面声波器件、太阳能电池等诸多领域得到了广泛应用。

随着ZnO光泵浦紫外受激辐射的获得和n型掺杂的实现，ZnO薄膜作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、发光二极管、激光二极管、紫外本发明公开了一种制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，其步骤为：对蓝宝石衬底表面进行预处理，修正和控制蓝宝石衬底的原子结构，以实现ZnO薄膜的单极性、单畴生长；然后采用三缓冲层法制备高质量ZnO薄膜，即首先利用蓝宝石氮化法在表面形成单极性AlN超薄层，然后依次沉积3~6nm的MgO岛状层及10~20nm左右的ZnO低温层，最后高温沉积ZnO外延层，实现失配应变的充分释放，得到原子级光滑的高质量ZnO薄膜。

我们提出的制备ZnO薄膜的三缓冲层法，是在公知的两步生长法上引入中间氮化层以及MgO三维岛状层，让由晶格大失配而引起的应变充分释放，从而克服了两步生长法制备ZnO薄膜时，薄膜应变无法完全消除的缺陷。

上述薄膜的RMS粗糙度都在1nm以下，完全满足制作高性能光电子器件的要求。

光探测器、透明电极气敏传感器以及光波导等有着广泛的应用前景[1]。

ZnO晶体为六方纤锌矿结构,六方晶系，空间群为P63m，晶格常数a=0.3246nm、c=0.5203nm[2]，图1和图2是根据文献[2]用Atoms61程序画的结构图。