ZnO薄膜真空镀膜设备的主要性质

ZnO薄膜的主要性质晶体结构未经热处理的ZnO薄膜结晶度较低,呈非晶或多晶态,通常有点缺陷、线缺陷、层错和晶界等结构缺陷。这些缺陷对薄膜光电性质有显著影响,具体情况请参见真空技术网其它文章。离子束反应溅射ZnO薄膜沿c轴取向的主要影响因素是基片温度和溅射氧分压,发现基片温度350℃,氧分压为1.3的溅射条件下,得到了完全沿c轴取向生长的只有(002)晶面的ZnO薄膜。直流磁控溅射ZnO薄膜的晶粒择优取向较差时,晶界应力引起ZnO禁带宽度向长波方向移动。Sol-gel法制备的ZnO薄膜,在500~700℃热退火后的X射线衍射谱(图5)证实(002)晶面是择优取向生长的;不同衬底温度下喷雾热解法制备的ZnO薄膜的X射线衍射谱示于图6,(002)晶面取向程度随退火温度的升高而提高。，真空镀膜设备编acdb，图5Sol-gel法制备的ZnO薄膜在500~700℃退火后的XRD曲线图6不同衬底温度下喷雾热解法制备的ZnO薄膜的XRD谱光学性质ZnO薄膜是理想的透明导电材料,可见光透射率可达90%,电阻率可低至10-4Ω·cm。AZO(ZnO:Al)薄膜透光率与退火条件有关,如磁控溅射AZO薄膜的透光率在450℃退火后达到最佳值,为90.6117%,优于ITO(In2O3:Sn)薄膜。Park等人制得透光率为91%、电阻率为10-5Ω·cm的AZO薄膜;当Al的质量分数为2%时,性能更优越。AZO膜机械稳定性高,无毒,逐渐成为ITO薄膜的替代材料。ZnO在紫外波段有受激发射的特点。1997年,Bagnall等人用MBE法制得具有自形成谐振腔结构的ZnO薄膜,并观察到室温下400nm附近的光泵浦紫外激光发射。图7是典型的ZnO薄膜室温光致发光谱(PL谱),除400nm附近的本征紫外峰外,还有520nm附近的黄绿光波段的展宽峰,这主要是由薄膜中的氧缺陷引起的。随激发电流密度的增加,黄绿光相对下降,紫外光相对增强,谱峰变窄,发生红移。随着退火温度升高,黄绿光辐射强度降低,紫外辐射强度增强。图8是MOCVD-ZnO在不同退火温度下的PL谱。图7不同激发电流密度下的PL谱图8MOCVD-ZnO在不同退火温度下的PL谱从图8可见,随退火温度的升高,ZnO近紫外发光先减弱,后增强,而绿光强度持续增强。一般认为,紫外光来源于激子带边发射,绿光发射则与ZnO表层中以O空位为主的深能级有关。ZnO在可见光波段的吸收和发射光谱可参见文献。电学性质未掺杂ZnO薄膜室温载流子浓度主要取决于充当浅施主的间隙Zn原子浓度。ZnO薄膜的p型掺杂是个备受关注的课题。Y.R.Ryu等人用PLD法在GaAs衬底上掺杂As制得p-ZnO,受主浓度为1017~1021cm-3,紧束缚带边发射峰分别在3.32eV和3.36eV[17]。M.Joseph等人在400℃下用PLD法进行Ga、N共掺杂实现p型转变,以ZnO(ω(Ga2O3)=5%)为靶材,N2O为N源,进行电子回旋共振活化,p-ZnO室温电阻率为0.5Ω·cm,受主浓度为4×1019cm-3。T.Aoki用准分子激光掺杂技术获得p-ZnO。ZnO薄膜的电学特性与制备方法及后续工艺条件有直接的依赖关系。电子束蒸发制备的Al掺杂ZnO薄膜的电子浓度在1019~1021cm-3,室温电阻率为10-4Ω·cm。溅射法制备AZO薄膜的电学特性与溅射功率有很大关系。溅射功率越大,薄膜的质量越好,这主要是因为溅射功率的提高有助于薄膜缺陷的减少,增大晶粒尺寸,晶界的散射作用减轻,增大了载流子的平均自由程,从而使迁移率增大,薄膜的薄层电阻降低。反应溅射过程中,氧分压太低,薄膜的缺陷密度较高;氧分压太高,薄膜的电阻率上升很快,一般在1~2mPa比较合适。同样掺杂情况下,ZnO的施主浓度和受主浓度低于GaN,并且ZnO的杂质、点缺陷以及位错的浓度也低于GaN。ZnO主要有导带底以下30meV、60meV和340meV三个施主能级。间隙Zn原子是主要的浅施主,Vo是深能级施主。总之,在点缺陷和位错浓度低的情况下,ZnO薄膜有较好的电学性质。相关文章：有机玻璃基材表面电子束蒸镀铬-铝-二氧化硅薄膜实验材料与方法有机玻璃蒸发镀铝的实验结果及铝膜分析电子束蒸发法工艺对TiO2薄膜折射率的影响热处理和掺杂对TiO2薄膜折射率的影响宽禁带半导体ZnO薄膜的制备工艺物理法制备ZnO薄膜的方法化学法制备ZnO薄膜的方法ZnO薄膜的主要性质ZnO薄膜的器件应用