p-si衬底上生长zno薄膜结构和性能

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1、工学硕士学位论文p-Si衬底上生长ZnO薄膜的结构和性能STUCTUREANDPROPERTIESOFZINCOXIDEFILMONp-SiSUBSTRATE傅月秋哈尔滨工业大学2006年6月国内图书分类号：TN304.055国际图书分类号：621.315.592工学硕士学位论文p-Si衬底上生长ZnO薄膜的结构和性能硕士研究生：傅月秋导师：国凤云副教授申请学位：工学硕士学科专业：材料物理与化学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN304.055U.D.C.:

2、621.315.592DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringSTUCTUREANDPROPERTIESOFZINCOXIDEFILMONp-SiSUBSTRATECandidate:FuYueqiuSupervisor:Associateprof.GuoFenyunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsPhysicsandChemistryAffiliation:SchoolofMaterialScie

3、nceandEngineeringDateofDefence:June,2006Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本论文采用射频反应磁控溅射法，以高纯度的O2和Ar为溅射工作气体，在Si衬底上成功地制备了高质量的多晶ZnO薄膜，并且利用ZnO同质缓冲层提高了ZnO晶体的质量。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)，光致发光谱(PL)和霍尔效应测试技术系统研究了溅

4、射工艺和退火工艺对ZnO薄膜的厚度、成分、织构、表面形貌、光学性能和电学性能的影响规律。研究表明，磁控溅射工艺对ZnO薄膜的锌氧配比、厚度和织构都有很大影响。随着溅射气氛中氧氩比的减小，ZnO(002)峰明显加强，而工作气压的增加，并不利于ZnO择优取向生长。衬底温度的增加则有利于ZnO择优取向生长。缓冲层的厚度对薄膜的结晶质量和表面形貌有很大的影响，研究发现，缓冲层厚度36nm时，ZnO薄膜有最优的取向和最平滑的表面。退火能改善ZnO薄膜的锌氧比、c轴的择优取向和应力状态，减少薄膜中的缺陷，使晶粒长大，但是过高的退火温度不利于ZnO薄

5、膜的重结晶，使ZnO薄膜的质量变差。研究发现，在空气中退火温度到400℃时，薄膜的应力由拉应力转变为压应力，600℃时，ZnO薄膜的半峰款最窄。在对ZnO薄膜的光致发光谱的研究中发现，ZnO薄膜的光致发光谱中一般都有两个波段的发光峰，一个位于紫外波段，一个在可见光波段。紫外峰来自于ZnO薄膜的自由激子发光，而可见光则来自于ZnO薄膜中的缺陷能级。在对ZnO薄膜的霍尔效应测试中发现，一般情况下，ZnO薄膜都为n型导电，n型导电主要来自ZnO薄膜中的Zn间隙，而且霍尔迁移率与ZnO薄膜中的锌氧比和结晶质量都有很大的关系，随着锌氧比偏离化学计

6、量比，霍尔迁移率提高，同时结晶质量的提高也有利霍尔迁移率的提高。在Ar气保护下，对富氧条件下生长的ZnO薄膜的退火后的霍尔测量中发现，ZnO薄膜呈现p型导电状态，分析认为，这可能是由于富氧状态下生长的ZnO薄膜中过量的O在Ar气保护下退火没有逸出薄膜，反而进入了ZnO薄膜的间隙位置，成为正电中心，使ZnO薄膜呈现p型导电。关键词ZnO薄膜；反应射频磁控溅射；缓冲层；热退火；光学特性；电学特性-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractZnOthinfilmsweredepositedonsilicon(Si)andglasssu

7、bstratebyreactiveradiofrequencysputtering(RF)techniquewithzinctargetinthemixedgasofArandO2,andusedZnObufferimprovingthequalityofZnOthinfilm.Theeffectsofparametersonthethickness,composition,texture,morphology,opticalpropertiesandelectricalpropertiesofZnOthinfilmshadbeensy

8、stematicallyinvestigatedbymeansofXRD,XPS,SEM,AFM,PLandHalltestsystem.Theresultsshowedthatthesputteringt