制備工藝對(duì)氮化鋅薄膜結(jié)構(gòu)和光波導(dǎo)特性的影響.pdf

1、在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，半導(dǎo)體薄膜材料憑借其優(yōu)良的特性和尺寸上的特殊優(yōu)勢(shì)，已然成為當(dāng)今材料技術(shù)研究的熱點(diǎn)。目前研究比較廣泛的是鋅類和氮族化合物。Zn3N2薄膜材料因同屬于鋅類和氮族的Ⅱ-Ⅴ化合物，引起了科學(xué)研究者的廣泛關(guān)注。Zn3N2薄膜具有高載流子遷移速率、高電導(dǎo)率且禁帶寬度因制備方法的不同而變化等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)Zn3N2薄膜的制備方便、操作簡(jiǎn)單。
　　本研究采用射頻反應(yīng)磁控濺射技術(shù)，將純度為99.99％的純金屬鋅靶材放在氮?dú)夂蜌?/p>

2、氣氣氛中反應(yīng)濺射，在Al2O3、MgO和Si<111>襯底上制備Zn3N2薄膜，研究襯底材料的種類、襯底溫度及氮?dú)夂蜌鍤獾牧髁勘葘?duì)沉積的Zn3N2薄膜結(jié)晶度、表面形貌和光波導(dǎo)特性的影響。
　　在其它沉積參數(shù)相同的條件下，分別在Al2O3、MgO和Si<111>三種不同的襯底上沉積生長(zhǎng)Zn3N2薄膜，經(jīng)過(guò)X射線衍射和原子力顯微鏡檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，在Al2O3襯底上生長(zhǎng)的Zn3N2薄膜晶粒尺寸較大，薄膜結(jié)構(gòu)較為致密，在Si<111>襯底上沉

3、積的薄膜晶粒尺寸較小，粗糙度較大，而在MgO襯底上并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Zn3N2薄膜的的衍射峰。
　　選擇Si<111>做襯底，襯底溫度分別控制在25℃（室溫）、200℃、400℃，在三種不同的襯底溫度下濺射沉積Zn3N2薄膜，研究不同的襯底溫度對(duì)Zn3N2薄膜晶格結(jié)構(gòu)和光波導(dǎo)特性的影響。通過(guò)XRD檢測(cè)和原子力顯微鏡觀察，可以看出，在200℃下，沉積出的Zn3N2薄膜的質(zhì)量較好，結(jié)晶度較高而粗糙度較低，當(dāng)襯底溫度較高時(shí)，生長(zhǎng)的Zn3N2薄膜

4、表面粗糙度增大。
　　選擇Si<111>做襯底，分別在純N2環(huán)境和氮?dú)辶髁勘葹?:2的環(huán)境中生長(zhǎng)Zn3N2薄膜，觀察到在純N2環(huán)境也可生長(zhǎng)出Zn3N2薄膜，但生長(zhǎng)出的薄膜結(jié)晶性和粗糙度不如在氮?dú)寤旌蠚夥罩猩L(zhǎng)出的薄膜高。
　　應(yīng)用棱鏡耦合技術(shù)，研究沉積的Zn3N2薄膜的光波導(dǎo)特性，觀察到在Al2O3襯底上有2個(gè)TE模1個(gè)TM模，而在MgO襯底上也觀察到同樣個(gè)數(shù)的TE、TM模，并模擬計(jì)算出Zn3N2薄膜的有效折射率，在Al2O