原子力显微镜在ZAO薄膜表征中的应用.pdf

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1、北京石油化工学院学报第21卷第2期VoII21NO．2JournalofBeijinginstituteof2013年6月Jun．2013Petro—chemicalTechnology原子力显微镜在ZAO薄膜表征中的应用杨英歌，卢一民，王新如，李小波(北京石油化工学院材料科学与工程系，北京102617)摘要：利用磁控溅射法在溅射功率分别为3o，5O，8O，100W条件下制备ZAO薄膜，并通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)谱对制得的薄膜样品进行表面形貌、结构特性和黏附性能进行研究。X

2、RD结果表明，随着溅射功率的增加，ZAO薄膜呈现了明显的(002)择优取向，结晶质量获得提高。通过原子力显微镜对样品的二维、三维以及剖面线图进行分析。随着溅射功率增大，薄膜样品表面较均匀致密，晶粒生长较充分，结晶质量较高，粗糙度和黏附力均增大。关键词：ZAO薄膜；射频磁控溅射；原子力显微镜；黏附力中图分类号：TB383文献标志码：AZnO是具有六方纤锌矿晶体结构的直接子束联合镀膜系统在室温下制备ZAO薄膜，带隙宽禁带Ⅱ一Ⅵ族半导体材料，通过掺杂金属所用靶材是纯度99．99的ZnO靶，通过将尺原子或

3、离子，改变ZnO材料的能带结构、载流寸为3mm×6．5mm大小的4个纯度为子浓度等，使掺杂ZnO具有不同于本征ZnO99．99的铝片均匀固定在靶的刻蚀区内构成的性能，是ZnO重要的研究方面之一¨1]。如在复合靶，实现共溅射。溅射前本底真空达到5ZnO薄膜中掺入铝、铟、氟等元素，可有效地改×10Pa，采用99．999的高纯氩气作为电离善薄膜的透明导电性能]。其中A1掺杂ZnO气体，靶基距为40mm，溅射气压为1．5Pa，A1薄膜(ZAO薄膜)由于具有可见光区透明和电靶溅射面积为78mm，溅射时间为6

4、0min，溅阻率低等优异的光电性能，易于掺杂和制备温射功率分别为3O，5O，8O，100W。以普通载玻度低等诸多优点，广泛应用于太阳能电池、液晶片为衬底，实验前置于无水乙醇中超声清洗显示器和热反射镜等领域。30min，用适量的去离子水浸泡30min，取出后ZAO薄膜的制备方法众多，如磁控溅射、在恒温干燥箱中烘干后待用。脉冲激光沉积、溶胶一凝胶法和化学气相沉积1．2性能表征等，其中磁控溅射制备ZAO薄膜可获得高度C采用岛津公司的XRD7000型X射线衍射轴取向、表面平整度高、可见光透过率高及光电仪(

5、Cu靶，K射线，0．154178nm)测得样品的性能良好的薄膜。为此许多人致力于研究各项XRD谱，管压为40kV，管流为30mA，采样间溅射参数，如溅射气压、溅射功率、衬底温度等隔为0．02。，扫描速度为2。／min。ZAO薄膜的对薄膜性能的影响

6、3]。形貌采用SPM9500一J3扫描型探针显微镜的接触模式进行表征。实验时，在原子力显微镜扫1实验描器Z向逐渐施加一3～7V的电压，所使用1．1样品制备扫描器的伸缩系数为315nm／V，即扫描器z利用CKL-1I型超高真空多功能磁控与离向对应的位移为一

7、35～35rim。扫描速度为1Hz，操作点为2V，扫描起始电压为100V，扫收稿日期：2012-09—26基金项目：北京石油化工学院本科生研究计划资助项目，项描范围为200V。针尖与样品间作用力和间距目号：2011J00105。分别由纵坐标(光斑检测器的检测电压差)和横作者简介：杨英歌(1976一)，女，硕士，实验师，E—mail：yangyingge@bipt．edu．cn。坐标(扫描器中的压电陶瓷管驱动电压)来18北京石油化工学院学报2Ol3年第2l卷表刁。号较弱。随着功率的增加，样品均在20

8、=34．4。出现衍射峰，表明铝的掺杂并没有使ZnO的晶2结果与讨论体结构发生变化，A1原子实现了对Zn原子的．睡2．1×射线衍射谱分析有效替位。由于Z5nO4的(30022)晶面表面能最不同溅射功率制备ZAO薄膜的XRD谱低，所以呈现了明显的(002)择优取向。随着㈣如图1所示。由图1可以看到，溅射功率为溅射功率的增加，薄膜的衍射强度增大，(002)30w时，在2为31．78。，34．4。出现衍射峰，分面衍射峰变得尖锐，半高宽变小，说明随着薄膜别对应ZnO的(100)和(002)晶面的衍射。溅厚度

9、的增加，晶粒尺寸逐渐增大，结晶质量获得射功率低时，溅射粒子的能量小，使得衬底表面进一步提高。成核困难，不易形成Zn(-)晶体，产生的XRD信、窭暖201(。)20／f。)fa1溅射功率为30wfb)溅射功率为5Ow15O00『10000一嘣5Oo0L{IJ(c)溅射功率为80W(d)溅射功率为100W图1不同溅射功率下制备的ZAO薄膜样品的XRD谱2．2AFM表面形貌研究也较充分，此时获得的薄膜样品质量最高。用不同溅射功率条件下制备的ZAO薄膜样原子力显微镜对薄膜样品的表面粗糙度作