磁控共溅射法制备Zn1-x CrxO薄膜及其结构性能
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磁控溅射法制备薄膜材料实验报告
实验一磁控溅射法制备薄膜材料一、实验目的1、详细掌握磁控溅射制备薄膜的原理和实验程序；2、制备出一种金属膜，如金属铜膜；3、测量制备金属膜的电学性能和光学性能；4、掌握实验数据处理和分析方法，并能利用 Origin 绘图软件对实验数据进行处理和分析。
二、实验仪器磁控溅射镀膜机一套、万用电表一架、紫外可见分光光度计一台；玻璃基片、金属铜靶、氩气等实验耗材。
三、实验原理1、磁控溅射镀膜原理（1）辉光放电溅射是建立在气体辉光放电的基础上，辉光放电是只在真空度约为几帕的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。
辉光放电时，两个电极间的电压和电流关系关系不能用简单的欧姆定律来描述，以气压为1.33Pa 的 Ne 为例，其关系如图 5 -1 所示。
图 5-1 气体直流辉光放电的形成当两个电极加上一个直流电压后，由于宇宙射线产生的游离离子和电子有限，开始时只有很小的溅射电流。
随着电压的升高，带电离子和电子获得足够能量，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流逐步提高，但是电压受到电源的高输出阻抗限制而为一常数，该区域称为“汤姆森放电”区。
一旦产生了足够多的离子和电子后，放电达到自持，气体开始起辉，出现电压降低。
进一步增加电源功率，电压维持不变，电流平稳增加，该区称为“正常辉光放电”区。
当离子轰击覆盖了整个阴极表面后，继续增加电源功率，可同时提高放电区内的电压和电流密度，形成均匀稳定的“异常辉光放电”，这个放电区就是通常使用的溅射区域。
随后继续增加电压，当电流密度增加到～0.1A/cm 2时，电压开始急剧降低，出现低电压大电流的弧光放电，这在溅射中应力求避免。
（2）溅射通常溅射所用的工作气体是纯氩，辉光放电时，电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，这些被溅射出来的原子具有一定的动能，并会沿着一定的方向射向衬底，从而被吸附在衬底上沉积成膜。
射频磁控溅射法制备ZnO薄膜
ZnO薄膜的XRD图 薄膜的XRD 图2 ZnO薄膜的XRD图
XRD图显示： 图显示： 图显示
（1）样品均出现了2θ≈34.75°的较强的(002)衍射峰，说明薄 膜具有垂直于基片平面较好的c轴择优取向 （2）2、3、 4号样品中出现了2θ≈72.5°的微弱的(004)衍射 峰，在4号样品中出现了2θ≈32.2°的微弱的(100)衍射峰，其 中(004)峰为(002)晶面的次级衍射峰。 （3）在衬底温度从RT升至250℃的过程中，(002)衍射峰相对 强度随衬底温度升高而增加，薄膜c轴择优取向变好，而当温 度超过250℃以后，(002)峰相对强度变小。
所谓磁控溅射就是在二极溅射的基础上附加一个磁场利用电子在正交电磁场中作螺旋线轨迹运动进一步提高真空溅射镀膜的效率和质量以金属靶材为阴极阳极接地也可以是正电位两极间通入工作气体在此以氩气ar为工作气体当两极间施加高压时电极间的ar发生电离电离产生的电子向阳极作加速运动而ar向阴极作加速运动撞击阴极靶材
二、ZnO薄膜的应用 ZnO薄膜的应用
光电显示领域中的透明电极 太阳能光电转换领域中的异质结 各种压电、压光、 各种压电、压光、电声与声光器件
气敏元件
三、ZnO薄膜的研究进展 薄膜的研究进展
Hang Ju Ko等人利用分子束外延(MBE)方法制备了高 质量的ZnO薄膜；Zhang等人利用分子束外延方法在Al2O3 上制备了 ZnO的发光二极管；Su等人利用等离子体协助分 子束外延(P-MBE)方法制备了ZnO/ZnMgO 单量子阱，结合 理论计算所得在导带和价带中的第一亚带能量分别是 49meV和11meV；Chang等人利用分子束外延生长n-ZnO， 而利用金属有机化学气相沉积p-GaN，发现 n-ZnO/p-GaN 异质结具有发光二极管特性；Gangil等人利用等离子增强的 MOCVD在Al2O3上制备出了N掺杂p型ZnO薄膜，载流子浓 度范围为1013 ~ 1015 cm-3，电阻率为10-1 ~
衬底温度对磁控溅射法制备ZnO薄膜结构及光学特性的影响
时间 １ 。 ｈ
将成 为未来光 电子学 、 光化 学 、 电子 学 等领 域半 导体 微 材料研 究 中最具 前景 的材 料 之一 ［ 。Ｚ Ｏ作 为透 明 ２ 叫］ ｎ 导 电氧化 物 薄 膜 时 ， 可 见 光 透 过 率 比铟 锡 氧 化 物 其 （Ｔ 等材料 都要高 出很 多［ 。Ｒ． ．Ｍａｏｔ等［ 指 Ｉ Ｏ） ５ ］ Ｅ ｒｔ ｉ １ ］
为 了进一 步 比 较 系统 地 研 究 制备 条 件 对 Ｚ Ｏ 薄 ｎ 膜 的结构及 光 学特性 的影 响 ， 在本 文 中， 们采 用射 频 我
反应磁 控 溅射 法在 玻璃 衬 底上 成功 制备 了 ｃ 轴高择 优 取 向的 Ｚ Ｏ薄 膜 ， 究 了生长 温度 对 Ｚ Ｏ 薄膜 的微 观 ｎ 研 ｎ
维普资讯
７ ４ ６
助
锨
材
料
２ ７ 第 ５ ３） ０ 年 期（ 卷 ０ ８
衬底 构 及 光 学 特 性 的影 响 ｎ
徐 小丽 ， 书 懿 ， 彦 ， 小菁 ， 晋 军 ， 国恒 马 陈 孙 魏 张
（ 北师 范大 学 物 理与 电子工 程学 院 ， 西 甘肃 兰州 ７ ０ ７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 采 用射频 反 应 磁 控溅 射 法 在玻 璃 村 底上 制
及衬底 类 型等Ｌ 。 ９
备 了具有 ｆ 高择 优取 向的 Ｚ Ｏ 薄膜 ， 用 Ｘ射 线衍 轴 ｎ 利
射仪、 扫描探 针 显微 镜 及 紫 外分 光 光 度 计研 究 了 生长 温度 对 Ｚ Ｏ 薄 膜 的结 构 及 光 学吸 收 和 透射 特 性 的影 ｎ
征 。样 品 的 吸 收 谱 及 透 射 谱 用 Ｓ ＭＡＤ Ｕ ＵＶ ＨＩ Ｚ － ２５Ｐ ５０ Ｃ型 紫外 分 光 光 度 计 测 量 ， 量 范 围 为 ３ ０ 测 ０ ～
将成 为未来光 电子学 、 光化 学 、 电子 学 等领 域半 导体 微 材料研 究 中最具 前景 的材 料 之一 ［ 。Ｚ Ｏ作 为透 明 ２ 叫］ ｎ 导 电氧化 物 薄 膜 时 ， 可 见 光 透 过 率 比铟 锡 氧 化 物 其 （Ｔ 等材料 都要高 出很 多［ 。Ｒ． ．Ｍａｏｔ等［ 指 Ｉ Ｏ） ５ ］ Ｅ ｒｔ ｉ １ ］
为 了进一 步 比 较 系统 地 研 究 制备 条 件 对 Ｚ Ｏ 薄 ｎ 膜 的结构及 光 学特性 的影 响 ， 在本 文 中， 们采 用射 频 我
反应磁 控 溅射 法在 玻璃 衬 底上 成功 制备 了 ｃ 轴高择 优 取 向的 Ｚ Ｏ薄 膜 ， 究 了生长 温度 对 Ｚ Ｏ 薄膜 的微 观 ｎ 研 ｎ
维普资讯
７ ４ ６
助
锨
材
料
２ ７ 第 ５ ３） ０ 年 期（ 卷 ０ ８
衬底 构 及 光 学 特 性 的影 响 ｎ
徐 小丽 ， 书 懿 ， 彦 ， 小菁 ， 晋 军 ， 国恒 马 陈 孙 魏 张
（ 北师 范大 学 物 理与 电子工 程学 院 ， 西 甘肃 兰州 ７ ０ ７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 采 用射频 反 应 磁 控溅 射 法 在玻 璃 村 底上 制
及衬底 类 型等Ｌ 。 ９
备 了具有 ｆ 高择 优取 向的 Ｚ Ｏ 薄膜 ， 用 Ｘ射 线衍 轴 ｎ 利
射仪、 扫描探 针 显微 镜 及 紫 外分 光 光 度 计研 究 了 生长 温度 对 Ｚ Ｏ 薄 膜 的结 构 及 光 学吸 收 和 透射 特 性 的影 ｎ
征 。样 品 的 吸 收 谱 及 透 射 谱 用 Ｓ ＭＡＤ Ｕ ＵＶ ＨＩ Ｚ － ２５Ｐ ５０ Ｃ型 紫外 分 光 光 度 计 测 量 ， 量 范 围 为 ３ ０ 测 ０ ～
ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究
其次，我们研究了溅射功率对ＺｎＯ薄膜结构和光学性质的影响。通过Ｘ射 线衍射分析了ＺｎＯ薄膜的结构和结晶情况，结果表明，溅射功率分别为１００Ｗ、 １２０Ｗ和１５０Ｗ条件下制备的ＺｎＯ薄膜均为ｃ轴择优取向，增大溅射功率，有 利于提高薄膜的结晶质量。应用原子力显微镜研究了薄膜的表面形貌，分析了
山东建筑大学硕士学位论文
关键词：ＺｎＯ薄膜，射频磁控溅射，光波导，Ｘ一射线衍射，ｃ轴取向
山东建筑大学硕士学位论文
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＺｎＯ Ｆｉｌｍｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ＩＩ－ＩＶ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｗｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄ ｇａｐ ｏｆ ３．３ｅＶ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａ ｌａｒｇｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｂｉｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｙ ｏｆ ６０ｍｅＶ．ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｐｌａｎａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ｅｔｃ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｉｎ ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ，
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关键词：ＺｎＯ薄膜，射频磁控溅射，光波导，Ｘ一射线衍射，ｃ轴取向
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Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＺｎＯ Ｆｉｌｍｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ＩＩ－ＩＶ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｗｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄ ｇａｐ ｏｆ ３．３ｅＶ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａ ｌａｒｇｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｂｉｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｙ ｏｆ ６０ｍｅＶ．ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｐｌａｎａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ｅｔｃ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｉｎ ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ，
薄膜磁控溅射实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过磁控溅射技术制备不同材料薄膜，研究其制备过程中的工艺参数对薄膜质量的影响，并对薄膜的表面形貌、晶体结构、成分及性能进行分析。
二、实验原理磁控溅射技术是一种物理气相沉积方法，通过将靶材加热至一定温度，使其表面产生自由电子，然后在电场的作用下，自由电子与气体分子发生碰撞，产生等离子体，等离子体中的离子和电子被加速并轰击靶材表面，使靶材表面原子蒸发并沉积在衬底上形成薄膜。
三、实验设备与材料1. 实验设备：- 磁控溅射系统- 扫描电子显微镜（SEM）- X射线衍射仪（XRD）- X射线光电子能谱仪（XPS）- 红外光谱仪（IR）- 薄膜厚度测量仪2. 实验材料：- 靶材：Al、TiO2、ZnO等- 衬底：玻璃、硅等- 氩气、氮气等惰性气体四、实验步骤1. 清洗衬底：使用丙酮、乙醇、蒸馏水等清洗剂对衬底进行清洗，并在烘箱中干燥。
2. 装置准备：将靶材安装在磁控溅射系统上，设置靶材与衬底的距离、溅射气压、溅射时间等参数。
3. 磁控溅射：启动磁控溅射系统，进行溅射实验，制备薄膜。
4. 薄膜性能测试：使用SEM、XRD、XPS、IR等设备对薄膜的表面形貌、晶体结构、成分及性能进行分析。
五、实验结果与分析1. 薄膜表面形貌：SEM结果表明，Al、TiO2、ZnO等薄膜表面均匀，无明显缺陷。
2. 晶体结构：XRD分析表明，薄膜具有良好的晶体结构，晶粒尺寸较小。
3. 成分分析：XPS结果表明，薄膜中各元素含量符合预期。
4. 薄膜性能：- 硬度：Al、TiO2、ZnO等薄膜的硬度较高，具有良好的耐磨性能。
- 导电性：Al薄膜具有良好的导电性，适用于电子器件。
- 介电性能：TiO2、ZnO等薄膜具有良好的介电性能，适用于电容器等器件。
六、实验讨论1. 溅射气压对薄膜质量的影响：溅射气压越高，薄膜密度越大，晶粒尺寸越小，但溅射气压过高会导致薄膜表面出现缺陷。
2. 溅射时间对薄膜质量的影响：溅射时间越长，薄膜厚度越大，但溅射时间过长会导致薄膜内部应力增大，影响薄膜性能。
溅射气压对射频磁控溅射制备ZnO薄膜结构的影响
的表面形 貌 。
收稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ２—０ ． ５ 基金项 目： 辽宁省教育厅高等学校科研项 目计划 （ ｏ Ｌ０ ０ ０ ３ ． Ｎ ：２ １０ ０ ）
作 者 简 介 ： 梦 遥 （９ ４一） 女 ， 海 大 学 硕 士 研 究 生 ， 事 实 验 固体 物 理 研 究 赵 １８ ， 渤 从
０ 引 言
Ｚ Ｏ是 一种 具有 六 方 锌 矿 结 构 的 Ｉ —Ｖ 族 宽 禁 带 直 接 带 隙 半 导 体 材 料 ， 温 下 禁 带 宽 度 为 ３ ｎ Ｉ Ｉ 室 ． ３ｅ ７ Ｖ。Ｚ Ｏ材料 丰 富且 价格便 宜 ， 有 良好 的导 电性 和透光 性 。Ｚ Ｏ薄膜 是性 能 良好 的光 电材料 ， 发 ｎ 具 ｎ 在 光器 件 、 面 声波 器件 、 阳能 电池 、 外光 探测 器 等领域 有 重 要应 用 ¨ 。开 发应 用 Ｚ Ｏ作 为 功 能薄 膜 表 太 紫 ］ ｎ
５ ０
图 １ 不 同气压 下 Ｚ Ｏ薄膜 的 Ｘ Ｄ பைடு நூலகம்谱 ｎ Ｒ
Ｚ Ｏ薄膜 的晶粒大 小 可 由 Ｓｈ ｒ ｒ ｎ ｃｅｒ 公式求 得 ： ｅ Ｄ ＝ ． Ａ （ ・ ｏＯ ０ ９ ／ Ｂ ｃｓ ）
式 中 Ｄ为 薄膜 的晶粒 尺寸 ， Ａ为 ｘ射 线 波长 （ 约为 ０ １４ｍ） Ｂ为衍 射 峰 的 Ｆ ．５ｎ ， ＷＨＭ， 衍射 角 。应 用 ０为 公式 ：
Ｅｆｅ ｔｏ ｐ ｔｅ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｆ ｃ ｆｓ ｕ ｔｒｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｔｕ ｔ ｒ
ｏ ｎ ｆ ｍｓ ｄ ｐ ｓｔｄ ｂ ｆＺ Ｏ ｉ ｅ ｏ ｉ ｙ ＲＦ ｌ ｅ
ｍ ａ ｇｎｅｔ ｏｎ ｐｕｔ ｅ ｉ ｇ ｒ ｓ ｔｒ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｚｎ ｆｌ ｒ ｅ ｏ ｉ ｄ ｏ ｌ ｓ ｕ ｓｒ ｔｓ ｂ ｇ ｅ ｒ ｎ ｓ ｕ ｔ ｒｎ ｅ ｈｎ ｌｇ Ｏ ｍｓ ａ ｅ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｇ ａ ｓ ｓ ｂ ｔａ ｅ ｙ ＲＦ ｍａ ｎ ｔｏ ｐ ｔｅ ｉ ｇ ｔ ｃ ｏｏ ｙ．Ｔｈ ｒｓ ｉ ｅ ｅｃｙ ・
收稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ２—０ ． ５ 基金项 目： 辽宁省教育厅高等学校科研项 目计划 （ ｏ Ｌ０ ０ ０ ３ ． Ｎ ：２ １０ ０ ）
作 者 简 介 ： 梦 遥 （９ ４一） 女 ， 海 大 学 硕 士 研 究 生 ， 事 实 验 固体 物 理 研 究 赵 １８ ， 渤 从
０ 引 言
Ｚ Ｏ是 一种 具有 六 方 锌 矿 结 构 的 Ｉ —Ｖ 族 宽 禁 带 直 接 带 隙 半 导 体 材 料 ， 温 下 禁 带 宽 度 为 ３ ｎ Ｉ Ｉ 室 ． ３ｅ ７ Ｖ。Ｚ Ｏ材料 丰 富且 价格便 宜 ， 有 良好 的导 电性 和透光 性 。Ｚ Ｏ薄膜 是性 能 良好 的光 电材料 ， 发 ｎ 具 ｎ 在 光器 件 、 面 声波 器件 、 阳能 电池 、 外光 探测 器 等领域 有 重 要应 用 ¨ 。开 发应 用 Ｚ Ｏ作 为 功 能薄 膜 表 太 紫 ］ ｎ
５ ０
图 １ 不 同气压 下 Ｚ Ｏ薄膜 的 Ｘ Ｄ பைடு நூலகம்谱 ｎ Ｒ
Ｚ Ｏ薄膜 的晶粒大 小 可 由 Ｓｈ ｒ ｒ ｎ ｃｅｒ 公式求 得 ： ｅ Ｄ ＝ ． Ａ （ ・ ｏＯ ０ ９ ／ Ｂ ｃｓ ）
式 中 Ｄ为 薄膜 的晶粒 尺寸 ， Ａ为 ｘ射 线 波长 （ 约为 ０ １４ｍ） Ｂ为衍 射 峰 的 Ｆ ．５ｎ ， ＷＨＭ， 衍射 角 。应 用 ０为 公式 ：
Ｅｆｅ ｔｏ ｐ ｔｅ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｆ ｃ ｆｓ ｕ ｔｒｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｔｕ ｔ ｒ
ｏ ｎ ｆ ｍｓ ｄ ｐ ｓｔｄ ｂ ｆＺ Ｏ ｉ ｅ ｏ ｉ ｙ ＲＦ ｌ ｅ
ｍ ａ ｇｎｅｔ ｏｎ ｐｕｔ ｅ ｉ ｇ ｒ ｓ ｔｒ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｚｎ ｆｌ ｒ ｅ ｏ ｉ ｄ ｏ ｌ ｓ ｕ ｓｒ ｔｓ ｂ ｇ ｅ ｒ ｎ ｓ ｕ ｔ ｒｎ ｅ ｈｎ ｌｇ Ｏ ｍｓ ａ ｅ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｇ ａ ｓ ｓ ｂ ｔａ ｅ ｙ ＲＦ ｍａ ｎ ｔｏ ｐ ｔｅ ｉ ｇ ｔ ｃ ｏｏ ｙ．Ｔｈ ｒｓ ｉ ｅ ｅｃｙ ・
磁控溅射生长CdxZn1-xO薄膜的表面形貌、结晶特性和光学性能研究
ｅ ， 子束缚 能 为 ６ ｅ 可 以 实 现室 温 下 的 激 子 ｖ激 ０ ｍ Ｖ，
发 射 。氧 化 锌 作 为 新 一 代 的 宽 带 半 导 体 材 料 ， 有 具 广 泛 的 应 用 ， ： ｎ 薄 膜 可 以 制 成 表 面 声 波 谐 振 如 ＺＯ 器 ， 电 器 件 ， ａ 蓝 光 薄 膜 的 过 渡 层 以 及 透 明 导 电 压 ＧＮ
膜 的 光 泵 浦 近 紫 外 受 激 发 射 现 象 以 后 ， ｎ 再 次 成 ＺＯ
为 当今 半导 体 材料研 究领 域 的热点 。Ｃ Ｏ属 于 立 方 ｄ 晶 系 Ⅱ一 族 直 接 带 隙 半 导 体 ， 禁 带 宽 度 为 Ⅵ 其
２３ Ｖ 。Ｚ Ｏ 可 与 Ｃ Ｏ 形 成 合 金 Ｃ ｎ一 ．ｅ ｎ ｄ ｄ ｚ Ｏ， 过 通
反应 磁控 溅射 作 为一 种 低 温廉 价 的沉 积 技术 ， 近年来 在 Ｚ Ｏ基 半 导 体 薄 膜 的制 备 中受 到 人 们 的 ｎ
广 泛 关 注 。 然 而 ， 于 反 应 磁 控 溅 射 过 程 所 涉 及 的 由
膜等 。 。 自从 １９ ９７年 Ｔ ｎ ａ ｇ等人 报 道 了 Ｚ Ｏ薄 ｎ
Ｘ ，０ ＝０ １８时 出现 相 分 离 。透 射 光谱 测 试表 明 ， 过 调 节 ｃ 通 ｄ含 量 实现 了对 ｃ ｎ Ｏ 的薄 膜 能 带的 调 节 。 ｄｚ ． 关键 词 ： ｄ Ｚ， Ｏ薄 膜 ； 控 溅 射 ； 带调 节 Ｃ ｎ一 磁 能
中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ ．５ Ｔ ３ ５ ９ Ｔ １ ． １ ． Ｎ ０ ０ ５； Ｎ ０ ．２； Ｇ１５ ２ ５ ７ ４ 文献 标 识 码 ：Ａ
控制参 数 比较 多 ， 实验 工 艺 相 对 复 杂 ， 得 人们 对 使 Ｚ Ｏ基 半导体 薄 膜 的生长 行 为及结 晶特 性 的 了解还 ｎ
磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及发光特性研究
摘
要
采用射频反 应磁 控溅射法在 玻璃衬 底上制 备 出具有 Ｃ 高择优 取 向的 Ｚ Ｏ薄膜 ，利 用 Ｘ射 线衍 轴 ｎ
射、 扫描探针显微镜及荧光分光光度法研究了生长温度对 Ｚ Ｏ薄膜微 观结构及 光致发光特性 的影响 。结果 ｎ
表明 ， 合适 的衬底温度有利于提高 Ｚ Ｏ薄膜 的结 晶质量 ；在室温下 测量样 品的光 致发光谱 （ Ｌ ，观察到波 ｎ Ｐ）
引 言
随着信息领域科学技术 的飞速发展 ，对蓝光 和紫 外光波 段器件 、 技术和材料 的要求越来越迫 切。人们 不断寻 找适 合
响薄膜质量 的主要工艺参数 以及保证制备 工艺 的稳定 性。由 于反应溅射现象相 当复杂 ，目前 尚无完 整的溅射理论 可 以用
来分析溅射现 象 ，多数 学者 一般 是 通过 分析 薄 膜 的微 观状 态 、 能与工艺参数 之间的关 系探索最 佳生长 条件 ，但缺乏 性 比较系统 的研究［ １ 。在众多工艺参数 中，我们发现衬底温度
的 发 光特 性 具 有 十分 重 要 的 意义 。
１ 实
验
到 目前 为止 ，Ｚ Ｏ薄膜可见光发射 的来源仍存在 较大争 ｎ 议Ｌ ］ ６ ，已有 的研究表 明氧空位 （ ＿ 、锌空位 （ ） 锌 填隙 Ｖ０ ） Ｖ 、 （ Ｉ） Ｚｌ 等薄膜 内部 的本 征缺陷对 Ｚ Ｏ薄膜 的可见 光发射 有着 ｉ ｎ 重要 影响 ， 但影响本征缺陷种类和浓度的因素则存在 着多种 推测 ， 如结 晶质量和化学计量 比等［ ，具体 的发 光机理有 待 ７ ］ 更深入 的研究 。目前 ，已经有大量关 于用不 同方 法在各种 衬 底上 生长 Ｚ Ｏ薄膜方面的报道 ＿ ］ ｎ ７ ，利用反应 磁控溅射 法 “
证。
关键词
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…
ｏ ｌ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔ Ｃ ｏ ｅ ｈ ｓ ｒｐ ｒ ｅ ｕ ｈ ａ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆｆ ｍｓ ｗ ｔ ｄ ｆ ｒ ｎ ｒ ｐ ｗ ｒ ｗ ｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｓ ｃ ｓ ｓｒ ｔｒ ，ｃ ｍｐ ｓ ｉｎ，ｅｅ ｎ ｏ ｔｎ ｎ ａｅ ｃ ｔｔ ｉ ｈ ｆ ｉ ｕ ｔ ｌｍｅ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｄ ｖ ｌｎ ｅ ｓａｅ，ｗ ｒ ｅｅ ｍｅ ｓ ｒｄ ｂ Ｄ ａ ｄ ＸＰ ａ ｕ ｅ ｙ ＸＲ ｎ Ｓ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｉｄ ｃ ｔ ｓｔ ａ ａ ｌ ｔ ｒｐ ｗｅ ｆ ０ Ｗ ．ｈ ｄ ｔ ｅ ｂ ｓ ｒｆ ｒ ｎ ｉｌ － ｘｓ ｏ ｉｎ ａ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａｅ ｈ ｔｓ ｍｐｅ ｗｉ Ｃ ｏ ｒｏ ｈ ２ ａ ｈ ｅ ｔ ｅｅ ｅ ｔ ａ ｉ ｒ ｔ — ｐ ａｃ ｅ ｔ ｎ，Ｃｒｄ ｐ ｄ ｉ ｈ ｌ ｗ ｔ ＋３ ｖ ｎ ｅ ｓ ｔ ，Ｃ “ ｓ ｂ ｔ ｕｅ Ｚ “ ｐ ｓｔ ｎ ｉ ｒ ｓａ ． ｉ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｍ ｉ ｉ ｈ Ｍｅ ｃ ｔ ｅ ｒ ａ ｕ ｓｉ ｔ ｎ ｔ ｏ ｉ ｏ ｎ ｃ ｙ ｔ１ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｍａ ｎ ｔ ｎ Ｃ —ｐ ｔ ｒ ｇ；Ｃ ・ ｏ ｅ ｎ ｌ ；ｐ ｅ ａ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｇ ｅｒ Ｏ ｓ ｕｔ ｉ ｏ ｅｎ ｒｄ ｐ ｄ Ｚ Ｏ ｆ ｍｓ ｒ ｐ ｒ ；ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｉ ｉ
量． 介绍 了 ｚ Ｃ ｎ ｒＯ薄膜 的制备 方法 ， 别用 ｘ射线衍射 （ Ｒ 和 ｘ射线 光电子 能谱 （ Ｐ ） 分 Ｘ Ｄ） Ｘ Ｓ 对不 同 ｃ 溅射 功率的 ｒ
一
系列薄膜的结构 ， 成份 、 元素含 量及价 态等性 能进 行 了分析． 结果表 明 ， ｒ ｃ 溅射功 率为 ２ 的样品 ， ０ｗ 具有 最好 的 Ｃ
轴择优取 向 ，ｒ ＋ ｃ 以 ３价 形式掺入 薄膜 中， 替代 了部分 ｚ “ ． ｃ ｎ 关键词 ： 磁控共溅射 ；Ｃ 掺杂 Ｚ Ｏ薄膜 ；制备 ； ｒ ｎ 性能
中 图分 类 号 ： Ｎ ０ ．５ Ｔ ３４０５ 文献标识码 ： Ａ
Ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ｒ ｐ ｒ ｉｓｏ － ｏ ｅ Ｏ ｌ ｓｇ ｏ ｓｎ ｔｕ ｔ ｒ ｌｐ ｏ ｅ ｔ ｆＣｒ ｄ ｐ ｄ Ｚｎ ｆ ｍ ｒ ｗｎ ｕ ｉ ｇ ｅ ｉ
第２ ６卷 第 １ 期 ２１ ０ ０年 ２月
天
津
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工
大பைடு நூலகம்
学
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报
Ｖ０ ． 】２６ Ｎｏ． １ Ｆｅ ２ Ｏ ｂ． ０１
Ｊ ｏＵＲＮＡＬ ｏＦ ＴＩ ＡＮＪＮ Ｉ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ
文 章 编 号 ：６ ３０ ５ ２ １ ０ ．０ ５ ０ １７ ． ９ Ｘ（０ ０） １０ ２ —３
氧 化 锌 （ ｎ 是 一 种 新 型 的 宽 禁 带 半 导 体 材 Ｚ Ｏ） 料 ， 有六 方纤 锌矿 结构 ， 具有 优 异 的 物理 化 学 性 具 它
杂 Ｚ Ｏ的报道较少 ， ｎ 因此制备了多晶 ｃ 掺杂 Ｚ Ｏ薄 ｒ ｎ
膜 Ｊ并对 其 性能进 行 了表 征 ．Ｚ Ｏ基 稀 磁 半 导体 。， ｎ 的制备 方法 有很 多种 ， 脉 冲激 光 沉 积 （ Ｌ 、 控 如 Ｐ Ｄ）磁 溅 射 （ ａｎｔ ｎＳｕｔｒ ｇ 、 胶 一凝胶 （ｏ —ｇ１ 、 Ｍ ｇｅｏ ｐｔ ｉ ）溶 ｒ ｅｎ Ｓｌ ｅ）
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质， 在光 电导、 压电 、 发光器件 、 气敏传感器 、 面及 表
体声波 器件 等 方 面 有 许 多 应 用 ． 有 着 很 大 的激 子 它
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磁 控 共 溅 射 法 制 备 Ｚ ｘ ｒ Ｏ 薄 膜 及 其 结构 性 能 ｎ一 Ｃ ｘ
朱珊珊 ，陈希明 ，肖 琦 ， 吴小 国
（ 天津理工大学 电子信息工程学 院，天津 ３ ０ ８ ） ０ ３ ４
摘
要： 本文采用磁控共溅射 方法在玻 璃衬底上制备 了 ｃ 掺 杂 Ｚ Ｏ薄膜 ， ｒ ｎ 通过 改变 ｃ 溅射功率 ， 而改变 ｃ 的掺 杂 ｒ 从 ｒ
ｏ ｌ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔ Ｃ ｏ ｅ ｈ ｓ ｒｐ ｒ ｅ ｕ ｈ ａ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆｆ ｍｓ ｗ ｔ ｄ ｆ ｒ ｎ ｒ ｐ ｗ ｒ ｗ ｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｓ ｃ ｓ ｓｒ ｔｒ ，ｃ ｍｐ ｓ ｉｎ，ｅｅ ｎ ｏ ｔｎ ｎ ａｅ ｃ ｔｔ ｉ ｈ ｆ ｉ ｕ ｔ ｌｍｅ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｄ ｖ ｌｎ ｅ ｓａｅ，ｗ ｒ ｅｅ ｍｅ ｓ ｒｄ ｂ Ｄ ａ ｄ ＸＰ ａ ｕ ｅ ｙ ＸＲ ｎ Ｓ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｉｄ ｃ ｔ ｓｔ ａ ａ ｌ ｔ ｒｐ ｗｅ ｆ ０ Ｗ ．ｈ ｄ ｔ ｅ ｂ ｓ ｒｆ ｒ ｎ ｉｌ － ｘｓ ｏ ｉｎ ａ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａｅ ｈ ｔｓ ｍｐｅ ｗｉ Ｃ ｏ ｒｏ ｈ ２ ａ ｈ ｅ ｔ ｅｅ ｅ ｔ ａ ｉ ｒ ｔ — ｐ ａｃ ｅ ｔ ｎ，Ｃｒｄ ｐ ｄ ｉ ｈ ｌ ｗ ｔ ＋３ ｖ ｎ ｅ ｓ ｔ ，Ｃ “ ｓ ｂ ｔ ｕｅ Ｚ “ ｐ ｓｔ ｎ ｉ ｒ ｓａ ． ｉ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｍ ｉ ｉ ｈ Ｍｅ ｃ ｔ ｅ ｒ ａ ｕ ｓｉ ｔ ｎ ｔ ｏ ｉ ｏ ｎ ｃ ｙ ｔ１ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｍａ ｎ ｔ ｎ Ｃ —ｐ ｔ ｒ ｇ；Ｃ ・ ｏ ｅ ｎ ｌ ；ｐ ｅ ａ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｇ ｅｒ Ｏ ｓ ｕｔ ｉ ｏ ｅｎ ｒｄ ｐ ｄ Ｚ Ｏ ｆ ｍｓ ｒ ｐ ｒ ；ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｉ ｉ
量． 介绍 了 ｚ Ｃ ｎ ｒＯ薄膜 的制备 方法 ， 别用 ｘ射线衍射 （ Ｒ 和 ｘ射线 光电子 能谱 （ Ｐ ） 分 Ｘ Ｄ） Ｘ Ｓ 对不 同 ｃ 溅射 功率的 ｒ
一
系列薄膜的结构 ， 成份 、 元素含 量及价 态等性 能进 行 了分析． 结果表 明 ， ｒ ｃ 溅射功 率为 ２ 的样品 ， ０ｗ 具有 最好 的 Ｃ
轴择优取 向 ，ｒ ＋ ｃ 以 ３价 形式掺入 薄膜 中， 替代 了部分 ｚ “ ． ｃ ｎ 关键词 ： 磁控共溅射 ；Ｃ 掺杂 Ｚ Ｏ薄膜 ；制备 ； ｒ ｎ 性能
中 图分 类 号 ： Ｎ ０ ．５ Ｔ ３４０５ 文献标识码 ： Ａ
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第２ ６卷 第 １ 期 ２１ ０ ０年 ２月
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文 章 编 号 ：６ ３０ ５ ２ １ ０ ．０ ５ ０ １７ ． ９ Ｘ（０ ０） １０ ２ —３
氧 化 锌 （ ｎ 是 一 种 新 型 的 宽 禁 带 半 导 体 材 Ｚ Ｏ） 料 ， 有六 方纤 锌矿 结构 ， 具有 优 异 的 物理 化 学 性 具 它
杂 Ｚ Ｏ的报道较少 ， ｎ 因此制备了多晶 ｃ 掺杂 Ｚ Ｏ薄 ｒ ｎ
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磁 控 共 溅 射 法 制 备 Ｚ ｘ ｒ Ｏ 薄 膜 及 其 结构 性 能 ｎ一 Ｃ ｘ
朱珊珊 ，陈希明 ，肖 琦 ， 吴小 国
（ 天津理工大学 电子信息工程学 院，天津 ３ ０ ８ ） ０ ３ ４
摘
要： 本文采用磁控共溅射 方法在玻 璃衬底上制备 了 ｃ 掺 杂 Ｚ Ｏ薄膜 ， ｒ ｎ 通过 改变 ｃ 溅射功率 ， 而改变 ｃ 的掺 杂 ｒ 从 ｒ