電沉積法制備zno薄膜的研究進(jìn)展

1、南京工業(yè)大學(xué)課程論文1電沉積法制備電沉積法制備ZnO薄膜的研究進(jìn)展薄膜的研究進(jìn)展摘要摘要：ZnO是一種新型的寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料，室溫下的禁帶寬度為3.37eV，激子結(jié)合能為60meV。因ZnO薄膜同時具有光電、壓電、電光等化學(xué)物理性能，使其在紫外發(fā)射器件、壓電器件、太陽能電池、透明導(dǎo)電膜等諸方面都具有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要介紹了ZnO薄膜的性質(zhì)、制備方法、應(yīng)用及研究進(jìn)展。其中，電化學(xué)沉積制備工藝由于其突出的優(yōu)點，受到廣泛的關(guān)注，本

2、節(jié)重點介紹了電沉積ZnO薄膜的原理。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:ZnO薄膜、電化學(xué)沉積、研究進(jìn)展ProgressinelectrochemicalDepositionofZnOthinfilmsAbstract：ZnOawidebgap(3.37eV)semiconductingoxidewithlargeexcitonbindingenergy(60meV)atroomtemperaturehasgreatapplicationsintheultr

3、avioletbeamdevicepiezoelectricitydevicesolarcellstransparentconductivefilmetcbecauseofitspropertiessuchasphotoelectricitypiezoelectricityelectroopticsphysicalchemistryperfmance.InthispaperpropertiesPreparingtechniquesapp

4、licationsresearchprogressoftheZnOthinfilmareintroducedindetail.ElectrochemicalDeposition(ECD)hastriggeredpeople’sgreatinterestsresultingfromitsprominentmerit.HereinwemainlyreptECDtechnique.Keywds:ZnOthinflim、ECD、research

5、progress1引言引言ZnO是一種重要的功能材料和新型的ⅡⅥ族寬禁帶半導(dǎo)體材料。它具有室溫下3.37eV的直接帶隙和60meV的激子束縛能，良好的機(jī)電藕合性和較低的電子誘生缺陷。特別是ZnO薄膜良好的光學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，使成為近年來國內(nèi)外在半導(dǎo)體材料研究中的新熱點，被認(rèn)為是繼ZnSe、GaN之后又一種迅速發(fā)展起來的新型光電材料，在紫外探測器、南京工業(yè)大學(xué)課程論文3一般用超高純氬氣反應(yīng)氣為氧氣。在反應(yīng)濺射中可能會有部分Zn與O2沒有反應(yīng)完全

6、薄膜的特性不夠理想不如用ZnO靶制備的薄膜質(zhì)量好。濺射法可獲得高度c軸取向、表面平整度好、透光率較高的ZnO薄膜但濺射過程中粒子轟擊薄膜表面易造成損傷因此不適于生長單晶薄膜或低缺陷ZnO薄膜。3.1.2脈沖激光沉積法脈沖激光沉積法(PLD)PLD是在超高真空(本底氣壓108Pa)系統(tǒng)中準(zhǔn)分子激光器所產(chǎn)生的高功率脈沖激光束聚焦照射靶面使靶材瞬時升華、解離產(chǎn)生高壓高溫等離子體(T≥104K)這種等離子體局域定向膨脹發(fā)射并冷卻沉積在襯底上成膜

7、。PLD常用的激光器有波長248nm的KrF和波長193nm的ArF準(zhǔn)分子激光器。襯底溫度和反應(yīng)氣氛是決定ZnO薄膜結(jié)晶好壞的重要因素。PLD法制備的ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)、光電性質(zhì)與襯底溫度、背景氣壓、激光能量密度、脈沖寬度和重復(fù)頻率等因素有關(guān)。PLD生長參數(shù)獨立可調(diào)化學(xué)計量比可精確控制薄膜平整度好易于實現(xiàn)多層薄膜的生長而且減少了不必要的玷污。PLD法具有很多的優(yōu)點但對沉積條件的要求高在摻雜控制、平滑生長多層膜等方面存在一定的困難。3.1.

8、3分子束外延法分子束外延法(MBE)MBE是一種原子級可控的薄膜生長方法。MBE生長ZnO需要超高真空條件本底壓強大約為107Pa或以上襯底一般為藍(lán)寶石。在電子回旋共振分子束外延(ECRMBE)生長中采用100mW的微波功率氧氣分壓為2102Pa襯底的溫度為275℃時可得到具有高度c軸取向的透明ZnO薄膜薄膜與襯底之間存在外延關(guān)系。生長ZnO單晶薄膜MBE法是最好的其工藝可靠性高。但是，MBE法的生長速率很慢設(shè)備昂貴操作復(fù)雜使許多器件的

9、應(yīng)用難以滿足。3.1.4原子層外延生長法原子層外延生長法(ALE)ALE是將參與反應(yīng)的蒸汽源(Zn源與氧化物氣體)依次導(dǎo)入生長室使其交替在襯底表面吸附并發(fā)生反應(yīng)淀積成膜。兩個反應(yīng)源在被引入生長室后發(fā)生的反應(yīng)均發(fā)生在氣態(tài)反應(yīng)源和表面官能團(tuán)之間每個反應(yīng)發(fā)生后產(chǎn)生一個新的官能團(tuán)揮發(fā)性分子則解吸被走。當(dāng)表面完全變成新的基團(tuán)后這個反應(yīng)就自動停止。這兩步反應(yīng)完成后就生長出一層薄膜一個循環(huán)結(jié)束。重復(fù)循環(huán)直到形成一定厚度的ZnO薄膜。3.2化學(xué)法化學(xué)法