不同氧压下脉冲激光沉积ZnO薄膜的研究
脉冲激光沉积薄膜技术研究新进展_敖育红
图 2 激光分子束外延沉积薄膜装置图 a M BE 腔 b 化 学导 波 板 c 电 子束 源 d 衬底 台架 e RH EED 探测器 f T TL 照相机 g RH EED 衍射信号显示屏
薄膜按二维原子层方式生 长, RHEED 谱随膜 层按 原子尺度的增加将发生周期性的振荡。当新的一层 膜开始生长时, RH EED 谱强度总是处于极大值, 其
1
50 ( 1~ 4) 10- 8
2 脉冲激光沉积薄膜技术的特点和研究方 法
PLD 实验方法看似简单而机理却极其复杂, 为 此, 人们进行了采用各种可行装置进行实时监控、分 析的大量研究, 以便能够精确分析、监控薄膜在原子 层尺度上的外延生长, 该技术称为激光原子层外延。 其中, 高能电子衍射( RHEED) 技术是一种较为成熟 和常 用 的 方 法[ 3] , 它 把 传 统 的 分 子 束 外 延 技 术 ( MBE) 与脉冲激光制膜技术的优势进行了 有机结 合, 是制备高质量外延薄膜, 特别是多层及超晶格膜 的有效方法。它的装置如图 2 所示。原理为: 如果
脉冲宽 度/ s
( 2~ 3) 10- 6 ( 7~ 9) 10- 9 ( 5~ 7) 10- 9
三次谐波激光器 355 0. 24 20 ( 4~ 6) 10- 9
X eCl 准分子激光器 308 2. 3 20
40 10- 9
ArF 准分子激光器 193
1
50 ( 1~ 4) 10- 9
KrF 准分子激光器 248
随着激光器技术的发展, 传统研究中该技术所 使用的主要激光器参数可列出, 如表 1 所示[ 2] 。
表 1 传统 PLD 技术中所用激光器的典型参数
激光器类型
CO2 TEA 激光器 N d YA G 激光器 二次谐波激光器
氧分压对纳米ZnO薄膜光致发光特性的影响
基金项目:国家民委科研项目(02X B08);甘肃省自然科学基金(0803R J Z A008);西北民族大学校中青年科研基金(X 2006201)氧分压对纳米ZnO 薄膜光致发光特性的影响薛华,张国恒,张浩(西北民族大学电子材料国家民委重点实验室,兰州730030)摘要:采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出具有c 轴高择优取向的ZnO 薄膜,利用X 射线衍射仪及荧光分光光度计研究了氧分压变化对ZnO 薄膜的微观结构及光致发光特性的影响。
结果表明,当工作气压恒定时,合适的氧分压能够提高ZnO 薄膜的结晶质量。
对样品进行光致发光测量时,所制备ZnO 薄膜样品在400nm 左右出现较强紫光发射,在446nm 出现蓝光发射,经分析认为紫光发射来源于激子复合,而446nm 左右的蓝光发射来源于ZnO 薄膜内部的Zn i 缺陷。
关键词:氧化锌薄膜;射频磁控溅射;X 射线衍射;光致发光中图分类号:O484 文献标识码:A 文章编号:10032353X (2009)022*******I nfluence of Oxygen P artial Pressure on the PhotoluminescenceProperties of N ano Z nO FilmsXue Hua ,Zhang G uoheng ,Zhang Hao(K ey Laboratory for Electronic Materials o f the State National Affair s Commission o f PRC ,Northwest Univer sity for Nationality ,Lanzhou 730030,China )Abstract :ZnO thin films with c 2axis preferred orientation were prepared on glass substrate by RF co 2reactive magnetron sputtering technique ,the in fluence of oxygen partial pressures on the microstructure and optical properties of ZnO thin films were studied by X 2ray diffractometry (XRD )and fluorescence spectrophotometer.XRD results show that when the w orking pressure is kept in constant ,the growth behavior of the ZnO thin film is mainly decided by the density of oxygen in the space where the sam ple is deposited ,and the crystallization of the ZnO thin films is prom oted by desirable oxygen partial pressure.In addition ,the photoluminescence (P L )spectrums of the five sam ples were measured at room tem perature ,violet peaks located at about 400nm and blue peaks located at 446nm were observed from the P L spectra of the five sam ples.It concludes that the violet peak may correspond to the exciton emission and the blue peak is attributed to the interstitial zinc (Zn i ).K ey w ords :ZnO film ;RF magnetron sputtering ;X 2ray diffraction ;photoluminescence EEACC :2550B0 引言自从1997年Z.K.T ang 等人[1]发现ZnO 薄膜具有紫外受激发射的性质以来,ZnO 薄膜很快成为继ZnSe 和G aN 之后新的短波长半导体材料的研究热点[223]。
ZnO荧光薄膜的发光机理研究
电性，以承受较高的电流密度；（3）低的放气率，不能释放有害于阴极的
气体。ZnO：Zn 具有较低的阈值电压（几伏 ~ 十几伏）和较高的发光效
率，同时它的放气率较低，导电、导热性能良好，并且是一种非常稳定的
氧化物，因而 ZnO 作为样机荧光薄膜必然会具有良好的工作特性。
１． ＺｎＯ 绿光的发光机制
+
1.1 单个电离的氧空位 VO与价带之间的复合跃迁
宽度 3.2eV，同时由于人们普遍所认为 VO 为浅能级的施主，作者判定
VZn 为受主，从而推断出绿光来自于电子从浅能级施主 VO 到浅能级受
主 VZn 之间的跃迁。
1.3 锌填隙 Zni ZnO 的绿光的发射源于 ZnO 中的锌填隙也是较为普遍的一种观
点。例如：M.Liu[7]等人通过研究压缩的多晶粉体 ZnO 的阴极射线发光谱
论，则应减少薄膜中氧的含量。所以，可见薄膜绿光的发光机理仍需进
一步的研究。
２． 其它光的发光机制
除了蓝 - 绿光的发射外，ZnO 薄膜紫外光的发射也是人们关注的
焦点。然而不同于蓝 - 绿光的是紫外光的发光机理得到了人们的共识，
即：紫外光源于带边激子的复合[9,10]，其发光强度受薄膜结晶质量的影
响，结晶质量好的薄膜发射的紫外光的强度高。
此外，在研究 ZnO 薄膜的发光过程中，人们发现 ZnO 还可发射红
光、橙光、黄光和紫光。对于这些谱带的解释为：ZnO 红光与橙光与富氧
的 ZnO 结构[11]或与沉积过程中形成的自然缺陷[12]有关。黄光的发射与过
剩的氧形成的氧填隙[7]、或者与一种 ZnO2 的配比结构[3]有关。紫光来自 于晶界产生的辐射缺陷能级与价带之间的跃迁[13]。
tin orbital）计算 ZnO 中的几种本征缺陷：氧空位 VO、锌空位 VZn、氧填隙 Oi、锌填隙 Zni 以及氧位错缺陷 OZn 的能级如图 1 所示。计算得到从导带 底到 OZn 能级的能量差为 2.38eV，与绿风的能量大致相等，导带底与 Oi 的能量差为 2.28eV，也近似等于绿光的能量，但由于氧离子的半径
脉冲激光沉积PLD法生长纳米ZnO薄膜的探索
72材料导报2008年5月第22卷专辑X脉冲激光沉积(PL D)法生长纳米Z nO薄膜的探索仇旭升1，谢可可1，孔明光2，汪壮兵1，刘炳龙1，马渊明1，章伟1，梁齐1 (1合肥工业大学理学院，合肥230011；2中国科学院合肥固体物理研究所材料物理重点实验室，合肥230031)摘要在Si衬底上用脉冲激光沉积法生长C轴取向高度一致的Z nO纳米薄膜。
实验制备Z nO纳米结构，其颗粒尺寸的控制是关键。
通过改变衬底温度(400～700℃)和沉积时间，获得不同的Z no纳米结构。
SE M观察，在600"C时颗粒均匀且间隔明显，且该薄膜结构为不连续膜，这与其他衬底温度下所形成的薄膜结构有很大差异。
X R D显示，600～700℃结晶良好。
关键词纳米薄膜PL D X R DS t udy of Z nO N a no Fi l m s P r e par e d by Pul s ed L a se r D eposi t i onQ I U X us hen91，X I E K ekel，K O N G M i ngguan92，W A N G Z hua ngbi n91，L I U B i ngl on91，M A Y uanm i n91，Z H A N G W e i l，L I A N G Q i l(1Sc hool of Sci ence，H ef ei U ni ve r si t y of T e chnol ogy，H e f e i230009；2K e y Labor at or y of M at er i a l s Phys i cs，I ns t i t ut e of Sol i d St at e P hy si c s，C h i ne se A cad em y of Sci e nces，H ef ei230031)A b s t r act C-ax i s or i en t ed Z n0na nof i l m s ar e pr ep ar e d o n s i l icon subst r at es by pul sed-l aser dep osi t i on(PL D)．T he s ize cont r ol of Z n Ona nof i l m s i s t he key of t he expe r i m ent．T he di f f er ent Z n0na nost r uc t ur e s ar e got by changi ngt he subst r at e t e m per at ur e and depos i t i on t i m e,The SE M i m a ge s ho w s t hat gr a i ns of Z n0na nof i l m s ar e di st r i but ed w i t hgoo d uni f or m i t y a nd di s ti nct i nt erval s w he n T|i S l ocat ed a t600℃and i t i s a di scont i nuous f i l m w h i c h i S m u ch di f f er entf r o m ot h er f i l m s．The r es u l t s of X-r ay di f f r act i on s how t hat t he nano er yst al l i ne Z no t hi n fi l m s ha ve a good cr yst als t r uc t ur e w hen丁I i S bet w een600℃a nd700℃．K ey w or ds nanof i l m s。
ZnO薄膜的最新研究进展
ZnO 薄膜在可见光区域透射率可达 90 % ,电阻率可降至 10 - 4Ω·cm ,是一种理想的透明导电薄膜 。N. Benramdane 等人详
Ξ 基金项目 :国家重大基础研究项目基金资助项目 ( G20000683206) 收稿日期 :2001212213 通讯联系人 :吕建国
masanohu研究了zn薄膜的光学特性透射率在80左右且随keshmiri进一步指出氢化对薄膜的透射率没有显著影响薄膜禁带宽度随组分的变化fighebandgapenergrymgcontental含量对azo薄膜电学性能的影响figelectricalpropertieshinfilmhealcontentzno薄膜在压电和介电方面也具有优良的性能压电系数510在sol2gel的生长技术中随薄膜沉积温度的升高介电常数增大但超过600反而降zno薄膜紫外受激发射zno在紫外波段存在着受激发射是其显著优点虽然在多年前便报道了低温下电致泵浦zno体材料的紫外受激发射但随着温度的升高发射强度迅速淬灭
ZnO 六方 0. 325
0. 521 81. 38 5. 67 1975
2. 9
4. 75 3. 3
GaN 六方 0. 319
0. 519 83. 73 6. 10 1050 5. 59
3. 17 3. 4
图 2 ZnO 薄膜表面二维 AFM 图像 Fig 2 Two2dimension AFM image of ZnO t hin film ZnO 晶体室温禁带宽度约为 3. 3eV[3] ,是典型的直接带隙宽带 半导体。也有报道 ,其禁带宽度为 3. 1eV[4] 、3. 2eV[5] ,一般认为这 是由生长应力 、热失配应力[6 ] 和掺杂原子[7 ] 引起的 , V. Srikant 等人的研究表明 ,在 3. 15eV 时存在着价带 、施主能级间的跃 迁 ,因此测出的 3. 1eV 、3. 2eV 实质上不是禁带宽度[3 ] 。ZnO 薄 膜中掺 入 Mg、Cd 能 有 效 调 节 禁 带 宽 度 , 图 3 所 示 为 Zn1 - x Mg xO 混晶薄膜禁带宽度随组分的变化[8 ] , x = 0 时为 3. 3eV , x = 0. 46 时增至 4. 20eV ,而 ( ZnO) x ( CdO) 1 - x 薄膜 ,其禁带宽度 则可在 2. 29eV ( x = 0) 至 3. 3eV ( x = 1) 之间变化[9 ] 。
电沉积法制备ZnO薄膜的研究进展
电沉积法制备ZnO薄膜的研究进展摘要：ZnO是一种新型的宽禁带氧化物半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37 eV，激子结合能为60meV。
因ZnO薄膜同时具有光电、压电、电光等化学物理性能，使其在紫外发射器件、压电器件、太阳能电池、透明导电膜等诸方面都具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了ZnO薄膜的性质、制备方法、应用及研究进展。
其中，电化学沉积制备工艺由于其突出的优点，受到广泛的关注，本节重点介绍了电沉积ZnO薄膜的原理。
关键词: ZnO薄膜、电化学沉积、研究进展Progress in electrochemical Deposition of ZnO thin filmsAbstract：ZnO, a wide-band gap (3.37 eV) semiconducting oxide with large exciton binding energy (60 meV) at room temperature, has great applications in the ultraviolet-beam device, piezoelectricity device, solar cells, transparent conductive film etc, because of its properties such as photoelectricity, piezoelectricity, electrooptics physical chemistry performance. In this paper, properties, Preparing techniques, applications and research progress of the ZnO thin film are introduced in detail. Electrochemical Deposition (ECD) has triggered people’s great interests resulting from its prominent merit. Herein, we mainly report ECD technique.Key words: ZnO thin flim、ECD、research progress1 引言ZnO是一种重要的功能材料和新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体材料。
氧分压对ZnO薄膜结构与光学性能的影响
氧分压对ZnO薄膜结构与光学性能的影响
氧分压对ZnO薄膜结构与光学性能的影响
采用直流磁控溅射法在不同氧分压下制备了ZnO薄膜.用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)仪、荧光分光光度计、紫外-可见分光光度计对样品进行检测.实验表明,氧分压对ZnO薄膜的结构与光学性能影响很大.在样品的光致发光谱中,均只发现了520 nm附近的绿色发光峰,该峰随着氧分压的增大而增强.不同氧分压制备的ZnO薄膜中,氧分压为0.25Pa的样品结晶性能最好,透过率最高.
作者：杨兵初刘晓艳高飞 YANG Bing-chu LIU Xiao-yan GAO Fei 作者单位：中南大学,物理科学与技术学院,长沙,410083 刊名：半导体技术ISTIC PKU英文刊名：SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY 年，卷(期)：2007 32(6) 分类号：O484.4 O484.5 关键词：直流磁控溅射 ZnO薄膜氧分压。
关于脉冲激光沉积(PLD)薄膜技术的探讨
《表面科学与技术》课程作业关于脉冲激光沉积（PLD）薄膜技术的探讨摘要：薄膜材料广泛应用在半导体材料、超导材料、生物材料、微电子元件等方面。
为了得到高质量的薄膜材料，科学家一直在寻找和探讨各种新的技术，脉冲激光沉积（Pulsed Laser Diposition PLD）薄膜技术是近年来快速发展起来的使用范围最广，最有前途的制膜技术之一。
本文介绍了脉冲激光沉积(PLD)薄膜技术的原理及特点，并与其他薄膜技术进行对比，探讨衬底温度、靶材与基底的距离、退火温度、靶材的致密度、激光能量、激光频率等参数对薄膜质量的影响。
分析了脉冲激光沉积技术在功能薄膜材料中的应用和研究现状，并展望了该技术的应用前景。
关键字：脉冲激光沉积（PLD）等离子体薄膜技术前言上世纪60年代第一台红宝石激光器的问世，开启了激光与物质相互作用的全新领域。
科学家们发现当用激光照射固体材料时，有电子、离子和中性原子从固体表面逃逸出来，这些跑出来的粒子在材料附近形成一个发光的等离子区，其温度估计在几千到一万度之间，随后有人想到，若能使这些粒子在衬底上凝结，就可得到薄膜，这就是最初激光镀膜的概念。
最初有人尝试用激光制备光学薄膜，这种方法经分析类似于电子束打靶蒸发镀膜，没有体现出其优势来，因此这项技术一直不被人们重视。
直到1987年，美国Bell实验室首次成功地利用短波长脉冲准分子激光制备了高质量的钇钡铜氧超导薄膜，这一创举使得脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，简称PLD)技术受到国际上广大科研工作者的高度重视，从此PLD成为一种重要的制膜技术]1[1。
由于脉冲激光沉积技术具有许多优点，它被广泛用于铁电、半导体、金刚石(类金刚石)等多种功能薄膜以及生物陶瓷薄膜的制备上，可谓前途光明。
1. PLD 技术装置图及工作原理1.1 PLD系统脉冲沉积系统样式比较多，但是结构差不多，一般由准分子脉冲激光器、光路系统(光阑扫描器、会聚透镜、激光窗等)；沉积系统(真空室、抽真空泵、充气系统、靶材、基片加热器)；辅助设备(测控装置、监控装置、电机冷却系统)等组成]2[2，如图1-1所示。
电沉积法制备ZnO薄膜的结构与光电性能研究
收稿日期:2008209220 基金项目:国家“八六三”计划基金资助项目(2006AA03Z219);南京航空航天大学引进人才基金资助项目(S0417061);长江学者和创新团队发展计划基金资助项目(IR T0534) 作者简介:李丹(19792),男(苗族),贵州省大方县人,工学硕士,主要从事光电功能材料的研究。
通讯作者:沈鸿烈,理学博士,南航特聘教授,博导,E 2mail :hlshen @ 。
文章编号:100422474(2009)0320414204电沉积法制备ZnO 薄膜的结构与光电性能研究李 丹,沈鸿烈,鲁林峰,黄海宾,李斌斌(南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京210016) 摘 要:以硝酸锌和硝酸钾混和溶液为电解液,采用两电极体系在SnO 2∶F (FTO )片和p 2Si (100)衬底上用不同沉积电压制备了c 轴取向的ZnO 薄膜。
用X 2射线衍射、扫描电子显微镜和分光光度计分析了薄膜的相结构,晶粒尺寸和光吸收特性。
发现薄膜的(002)衍射峰强度随着沉积电压的增加而显著增强;薄膜中晶粒为典型的六方柱状结构,且基本与衬底垂直,晶粒尺寸为200～400nm ;薄膜的光学禁带宽度为3.34eV 。
光照时,ZnO/Si 异质结二极管呈明显的光生电流效应。
关键词:ZnO 薄膜;电沉积;异质结二极管;光生电流效应中图分类号:O472;TN304.2;TN311.4 文献标识码:AStudy on the Structural and Optoelectronic Properties ofZ nO Films F abricated by Electro 2depositionL I Dan ,SHEN H ong 2lie ,L U Lin 2feng ,HUANG H ai 2bin ,L I Bin 2binCollege of Materials Science and Technology ,NUAA ,29Yudao Street ,Nanjing 210016,China ) Abstract :A two 2electrode electro 2deposition system was employed to fabricate c 2axis oriented ZnO films on aFTO wafer and p 2Si (100)substrate at different voltages by using the Zn (NO 3)/KNO 3mixed solution as the electro 2lyte.The X 2ray diff raction ,scanning electron microscopy ,and optical spectroscopy were used to analyze the struc 2tural properties ,the grain size ,and the absorption properties of the films.It was found that the (002)peak intensi 2ty in XRD patterns increased apparently with the deposition voltage increasing.The grain shape was typically hexa 2gonal with the grain size between 200～400nm ,which was almost vertical to the substrate.An optical band gap of3.34eV in the films was obtained f rom the absorption spectra.Under light illumination ,the ZnO/Si heterojunction diode presented a remarkable photocurrent effect.K ey w ords :zinc oxide film ;electrodeposition ;heterojunction diode ;photocurrent effect 氧化锌(ZnO )是具有六方纤锌矿结构的II 2V I 族直接带隙半导体材料,室温禁带宽度为3.37eV ,激子结合能高达60meV ,室温下不易热激发。
ZnO薄膜的最新研究进展
文章编号:100129731(2002)0620581203ZnO 薄膜的最新研究进展Ξ吕建国,叶志镇(浙江大学硅材料国家重点实验室,浙江杭州310027)摘 要: ZnO 是一种新型的Ⅱ～Ⅵ族半导体材料。
文章详细介绍了ZnO 薄膜在其晶格特性、光学、电学和压电性能等方面的研究,特别是ZnO 薄膜的紫外受激辐射特性,另外,对ZnO 的p 型掺杂和p 2n 结特性的最新进展也作了探讨。
关键词: ZnO 薄膜;晶格特性;光电性能;p 型掺杂中图分类号: TN304.21;O472 文献标识码:A1 引 言ZnO 是一种新型的Ⅱ～Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料,与G aN 具有相近的晶格常数和禁带宽度,原料易得廉价,而且相对于G aN ,ZnO 具有更高的熔点和激子束缚能,其机电耦合性能也十分优异。
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,也易于实施掺杂。
ZnO 薄膜所具有的这些优异特性,使其在表面声波、太阳能电池等诸多领域得到了广泛的应用;随着ZnO 光泵浦紫外受激辐射的获得和p 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、L EDs 、LDs 等领域也有着巨大的发展潜力。
1999年10月,在美国召开了首届ZnO 专题国际研讨会,会议认为“目前ZnO 的研究如同Si 、G e 的初期研究”。
现在,世界上逐渐掀起了ZnO 薄膜研究开发应用的热潮,文章详细介绍了ZnO 薄膜在其特性方面的最新研究进展。
2 ZnO 薄膜的晶格特性ZnO 晶体为六方纤锌矿结构,每个锌原子与4个氧原子按四面体排布,如图1所示。
晶格常数为a =0.325nm ,c =0.521nm [1],其相应参数如表1所示。
但ZnO 晶体难以达到完美的化学计量比,天然存在着锌间隙与氧空位[2],为极性半导体,呈n 型。
图1 纤锌矿ZnO 晶体结构Fig 1Microstructure of ZnO crystal 优质的ZnO 薄膜具有c 轴择优取向生长,图2为本实验室利用直流反应磁控溅射技术制得的c 轴取向ZnO 薄膜的二维AFM 形貌图,表面由许多近六边形紧密排列而成,其对角线长约150nm 。
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不同氧压下脉冲激光沉积ＺｎＯ薄膜的研究
摘要:本文采用脉冲激光，在Si(001)衬底上生长ZnO薄膜，利用X射线衍射（XRD），原子力显微镜（AFM）等测试手段研究了不同氧气压力所生长的ZnO 薄膜结构特征。
研究表明：氧压不同制备的ZnO薄膜质量也不同。
在不同的氧气压力下（0Pa～50 Pa）生长ZnO薄膜，XRD表明10Pa的氧压时有较强的(002)衍射峰和较小的半高宽。
关键词:ZnO薄膜；脉冲激光沉积
1引言
近年来，短波长发光器件在信息存储，全彩色显示，照明，光催化，医疗和检测设备等方面有着越来越广泛的应用。
而半导体发光器件具有体积小，寿命长，能耗少，以及可以集成，安全方便等特点，具有很大的应用优势。
因此研制高效率的短波长半导体发光器件一直是世界各国研究人员努力的目标。
在发光材料选择上，早期人们努力的目标是SiC和ZnSe，但经过几十年研究，到现在仍然没有达到实用水平。
1990年代初期，GaN异军突起，连续取得突破，并很快走向实用[1]。
但是由于GaN生长温度过高、对设备要求苛刻从而使GaN器件成本大大提高。
因此人们从未停止过寻找新的发光材料，期望研制出性能更优、成本更低的短波长发光器件。
其中ZnO就是备选替代材料中的佼佼者。
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）,可以在室温下实现紫外光的受激发射和全色显示，是继GaN之后在半导体光电领域又一研究热点。
ZnO薄膜的制作方法很多，主要有磁控溅射法（magnetron sputtering）[2]、溶胶凝胶法（sol-gel）[3]、喷雾热解法（spay pyrolysis）[4]、分子束外延（MBE）、脉冲激光沉积（PLD）、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）、原子层外延生长法（ALE）等。
脉冲激光沉积是近年来发展起来的先进的薄膜生长技术，它是在高真空背景下用高能激光烧蚀ZnO靶材生成蒸发物沉积在加热衬底上生长晶体薄膜的。
本文采用脉冲激光沉积方法在Si(001)衬底上生长ZnO薄膜，讨论了不同氧压的生长条件对ZnO薄膜结构的影响；用XRD对薄膜的结晶质量进行分析；用AFM对薄膜的表面形貌进行表征；
2实验
本文采用脉冲激光沉积系统制备ZnO薄膜，纯度为99.999%的ZnO靶作为溅射靶源，靶直径为30mm，厚度为1.5mm。
衬底为单面抛光的（001）硅片，Si(001)衬底用甲苯、丙酮、乙醇依次进行标准超声清洗，然后用HF酸浸泡几分钟，最后用去离子水冲洗干净后，实验中装入沉积装置，激光源是一个波长为248nm的KrF准分子激光器。
实验时，激光的重复频率都设定为3Hz，脉冲能量为220mJ/pulse，靶到衬底的距离是4cm，激光束聚焦到光斑大约为2mm2，为了获得均匀膜层，在沉积时旋转衬底，沉积ZnO薄膜前，先将背景真空预抽到5×10-4Pa真空度，再加热Si衬底，当衬底加温到所需温度时，充入高纯氧气（99.999%）。
生长ZnO薄膜时，将激光束聚焦到高纯ZnO（99.999%）烧结靶上，生长时间都是2小时。
氧压变化时，衬底温度为600℃，退火温度为650℃，氧压分别是0、1、5、10、20、50 Pa。
继而研究沉积气压对所沉积ZnO薄膜质量的影响。
并且使用X射线衍射（Cu, Kɑ入射2θ扫描）分析不同ZnO薄膜的结晶特性；利用原子力显微镜（AFM）分析了不同ZnO薄膜的表面特性。
3结果与讨论
3.1氧压对ZnO薄膜结构特性的影响
图（1）是600℃衬底温度下，退火温度为650℃，分别在0Pa、10Pa和50Pa 时生长的ZnO薄膜的XRD曲线。
除了50Pa的薄膜曲线有些粗糙之外，所有的薄膜都具有尖锐的（002）峰和平滑的曲线，说明薄膜具有较高的质量和高度c 轴取向的，氧压增加到50Pa时薄膜质量有所下降。
从表1可以看到50Pa的ZnO薄膜的（002）峰的半高宽要比其他压强稍微宽点，也说明薄膜的质量有所下降，这与XRD曲线一致。
这可能的原因是高氧压条件下氧分子会阻碍ZnO束流顺利地到达样品表面。
3.2氧压对ZnO薄膜表面结构的影响
氧气压力对氧化锌薄膜表面结构的影响如图(2)所示，氧气压力分别为1Pa、10Pa、20Pa。
从图中可以看出在低的氧气压力条件下形成的氧化锌薄膜组织比较细小，在原子力显微镜下看不出明显的晶界如图2(a)。
随着氧气压力增加，晶粒尺寸增大如图(b)，(c)。
这是因为在低氧压的条件下，激光烧蚀靶表面所溅射的离子体与氧原子碰撞几率较低，因此沉积速率较快，晶核长大时间短导致晶粒细小。
而在高氧压的条件下，激光烧蚀靶表面所溅射的离子体与氧原子碰撞几率较大，因此沉积速率慢，晶核有足够的时间长大，最后导致晶粒粗大[5]。
4结论
利用脉冲激光沉积技术，在不同的氧气压力下（0Pa～50 Pa）生长ZnO薄膜。
研究结果表明：随着氧气压力的增大，衍射峰变强，晶粒尺寸变大，但到50Pa 时(002)衍射峰变弱，FWHM变大。
从晶体质量评价，10Pa氧压生长的ZnO薄膜质量较好。
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