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1、Vol.30No.5华东理工大学学报2004-10JournalofEastChinaUniversityofScienceandTechnology609研究简报文章编号:1006-3080(2004)05-0609-04低温生长纳米ZnO薄膜的结构*陆慧,陆元成,张波,张月兰,潘孝仁(华东理工大学物理系,上海200237)摘要:采用气体放电活化反应蒸发技术(GDARE),以玻璃为衬底,在较低的温度下沉积纳米ZnO薄膜,用二次蒸镀法克服薄膜生长饱和问题、有效增加膜厚及改善薄膜质量。讨论了GDARE法低温下沉积纳米ZnO薄膜的生长过程及成膜机理。由原子
2、力显微镜(AFM)和X-射线衍射谱(XRD)分析薄膜表面形貌和晶体结构,研究结果表明,二次蒸镀法沉积的双层纳米ZnO薄膜具有更好的结晶质量及长期稳定性,薄膜沿c轴高度取向生长,内应力较小,晶粒尺寸均匀,平均粒径约35nm,表面粗糙度降低。关键词:纳米ZnO薄膜;沉积;表面形貌;晶体结构;应力中图分类号:O484.4文献标识码:AStructureofNanometerZnOFilmsGrownatLowTemperature*LUHui,LUYuan-cheng,ZHANGBo,ZHANGYue-lan,PANXiao-ren(Departmentof
3、PhysicsECUST,Shanghai200237,China)Abstract:NanometerZnOfilmsgrownatlowtemperatureweredepositedonglasssubstratesbygasdischargereactionevaporation.Bytwicedepositedtheproblemoffilmgrowingsaturationcouldbesolved,thefilmthicknesseffectivelyincreasedandfilmqualitybeimproved.Thegrownme
4、chanismofZnOfilmswasdiscussed.Theirsurfacemorphologyandcrystalstructurewasstudiedbyatomicforcemicroscopy(AFM)andX-raydiffraction(XRD).TheresultsshowthatdoublelayernanometerZnOfilmshavebettercrystallinequalityandstability.Thefilmsgrowthalongthec-axisdirectionhavelittlestressatgra
5、inboundary.Thecrystalgrainssizeabout35nmofthefilmsisuniformandroughnessofsurfaceislowered.Keywords:nanometerZnOfilms;deposited;surfacemorphology;crystalstructure;stress纳米ZnO薄膜结合了纳米材料和重要半导体性高,对多种气体有更优越的灵敏性,在气敏传感器[1][3～4]氧化物两方面的特性。高度c轴取向、晶粒细小、领域具有重要的应用价值;随着ZnO颗粒尺寸表面平整、晶体缺陷少的ZnO薄膜是
6、用于表面声波的减小,禁带宽度增加,光电等载流子产生Ander-[5]器件、平面显示器与太阳能电池透明电极等器件的son局域,使得纳米ZnO薄膜的低压短波特征更理想材料;控制合适的晶粒尺寸、界面数及膜厚,明显,易实现短波光发射和紫外激光发射。可见,[2]ZnO薄膜又是性能优良的低压压敏电阻材料;而ZnO薄膜尤其在纳米尺度下,其性能非常敏感地依多孔柱状结构的ZnO纳米薄膜,由于比表面大、活赖于薄膜的细微结构,不同的应用对薄膜的形貌、结构、粒径大小、结晶取向、膜厚、表面平整度等要求各收稿日期:2003-10-27作者简介:陆慧(1962-),女,上海人,副教
7、授,硕士,主要从事氧化有区别,这些差别是由不同的制备技术及工艺条件物半导体薄膜的制备与研究。导致的薄膜不同的生长过程所决定的。610华东理工大学学报第30卷目前,几乎所有的制膜技术都可用于制备ZnO二次蒸镀,维持相同的制备条件,更换蒸发源,在[6]薄膜。本文采用气体放电活化反应蒸发(Gasdis-ZnO单层薄膜上再生长双层膜,随膜厚增加,薄膜chargeactivereactionevaporation,GDARE)镀膜方块电阻显著减小,双层膜R口<200K。技术,这种方法兼具了蒸发、溅射及化学反应的特薄膜的晶体结构由RigakuDMAX/VBx射线
8、点,成本低,制备工艺相对简单,可以在较低的温度衍射仪(XRD)检测,表面形貌则由AJ-Ⅲ型原子
