沉积温度对硫化锌（ZnS）薄膜的结晶和光学特性影响研究-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62。No．21(2013)214211沉积温度对硫化锌(ZnS)薄膜的结晶和光学特性影响研究于天燕卞秦杨刘定权(中国科学院上海技术物理研究所，光学薄膜与材料研究室，上海200083)(2013年5月16曰收到；2013年6月24日收到修改稿)对不同温度下沉积的ZnS薄膜的结晶情况和光学特性进行了研究，结果表明：沉积温度对ZnS薄膜的物理和光学特性有较大影响，不同的温度沉积的ZnS薄膜具有不同的择优取向，牢固度也大不相同；不同沉积温度下，ZnS薄膜的光学常数也不尽相同．温度为115。C和155。C时，ZnS薄

2、膜的物理性能和光学性能较差，不适合空间用光学薄膜的研制使用．而190。C和230。C沉积温度下所得薄膜具有较好的物理和光学性能，适合于不同要求的空间用薄膜器件的研制使用．关键词：硫化锌薄膜，沉积温度，表面形貌，光学常数PACS：42．70．Km，42．79．Wc，68．37．一d，81．40．TvDOI：10．7498／aps．62．214211膜的物理和光学特性将直接影响到宽光谱增透膜的空间可靠性及光学效率．由于基底温度对ZnS的1引言成膜性质有较大影响，因此我们对ZnS在不同基底温度下所成薄膜的表面形态等微观结构进行了研近年来，ZnS薄膜由于其用

3、途广泛而被作为一究，以获得最佳的成膜工艺；对在不同基底温度下种非常有前途的薄膜材料来研究．在光电领域，由的ZnS薄膜的光学性质也做了详细研究，获得了不于其在室温具有3．7eV的宽带隙而被用作紫外至同基底温度下薄膜的光学常数，为膜系设计提供依蓝光波段的发光二极管【lj．在光学方面，由于其具据，从而获得具有良好光学特性和空间稳定性的光有从可见至长波红外15ktm的宽透明区以及较学薄膜器件．高的折射率(2．2—2．35)而经常被用作反射镜、宽光谱增透膜和介质滤光片的膜层材料【2，31．ZnS应2薄膜制备过程用在不同的领域，其成膜技术也不同．作为光学介质膜，

4、其沉积手段有诸如热蒸发(包括电阻加热蒸本文所研究的ZnS薄膜是采用电阻加热蒸发发和电子束加热蒸发)技术、溅射技术等，膜层的制备的，膜层沉积是在具有扩散泵系统的箱式真物理和光学性质与沉积手段有着密切联系．另外，空镀膜设备上进行的，基底材料为Ge晶体．在不不同的沉积工艺包括基底温度、沉积速率等都将同的基底温度下(115。C，155。C，190。C和230。C)对ZnS薄膜的性质产生一定的影响．本文所研究的分别在Ge基底上沉积了相同理论厚度的ZnS薄ZnS薄膜主要是应用于空问用中长波红外宽光谱膜样品，沉积过程中真空度保持在2．0X10-3—增透膜以及具有太

5、阳防护功能的窗口的研制中，与3．0×10—3Pa．基底的温度是采用PTC接触式温度一些低折射率的稀土氟化物【4J配合使用，获得性测量仪(如图1)测试的，测温仪直接放置于基片上，能较高的红外光学薄膜器件．在这些器件的研制中，温控仪的控制采用的是逐渐逼近设定值的模式，因基底材料大都为Ge，Si，ZnSe，ZnS等晶体材料，ZnS此，当真空室内温度达到平衡后，PTC所测得的温十通讯作者．E-mail：tyan．yu@mail．sitp．ac．cn⑥2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．0c．cn

6、214211．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．21(2013)214211度就是基底的实际温度卫昌＼慧20／(。)图2115。C时ZnS薄膜的XRD图图1实验所用测温仪图片盟’苫在沉积过程中发现：真空室内产生刺鼻的H2S＼气味，同时剩余的ZnS块料变黑．由于ZnS在沉积暖过程中容易“乱窜”至基板背面，所以为了不影响薄膜器件，在用ZnS作为镀膜材料时，需要在基板背面盖上合适的盖片进行保护．但是盖片的选用要谨慎，不能影响基板温度，否则很容易因为温度不合20／(。)适而导致“脱膜”．图3155。C时ZnS薄膜的XRD图3沉积温度对Z

7、nS薄膜的物理和光学特性的影响’昌图2至图5为不同基底温度下沉积的ZnS薄膜的X射线衍射图(XRD)．从图中可以看出，在磊＼115。C和155。C的较低温度下样品呈现的是多晶隈立方体结构，在28。和57。衍射角的位置出现了(111)和(311)衍射峰，而当温度升高至190。C和230。C时，(311)衍射峰消失，(111)衍射峰的强度20／(。)逐渐增加，到230。C衍射峰最强．衍射峰的强弱变图4190。C时ZnS薄膜的XRD图化代表了薄膜的择优取向的变化情况，随着沉积温度的上升，ZnS薄膜表现为(111)择优取向．尽管Wright等[5]的研究表明

8、(111)表面具有较低的表面能量，但是从我们的实验结果来看，沉积在Ge基底∞d上的立方结构的ZnS薄膜的择优