固体薄膜(氧化锌)

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1、固体薄膜期刊主页:www.elsevier.com/locate/tsf退火对Zn0薄膜透明和导电性能的影响文章信息文章历史：收稿日期:2007年10月31日；修订日期：2008年7月2日发表日期:2008年9月15日2008年10月7日可在线查阅。关键词：退火，电气性能，光学特性，结构特性，氧化锌，溅射沉积摘要这篇文章研究了掺杂Zn0薄膜的结构，电学和光学性质，射频溅射制备方法和退火对淀积影响。本次试验用了两个样品，分别为0.17和0.32微米厚，在真空退火温度从室温到3500C，而另一个0.32微米厚的样品在空气中300

2、0C退火1小时。X-射线衍射分析表明，所有的膜具有c轴取向的纤锌矿结构正常的基板。电气测量表明，在真空中退火的样品的退火温度的越高其电阻率越低。对0.32微米厚的样本，逐渐减少的电阻率主要是由于逐渐增加的流动性。另一方面，在空气中退火处理了进一步降低了样品电阻率。可见光波长区域内的所有薄膜的平均传输率大于80％。在真空中退火的样品带隙的增加，而在空气中退火的带隙降低。在本研究中观察到所有样本中的变化可解释为氧的吸附和微观性能的影响。2008ElsevierB.V保留所有权利1.引言氧化锌（Zn0）是一个最有趣的透明导电氧化物

3、（TCOS）。自从它成为各种各样研究的主题后它的重要性与日俱增。在压电应用，注意力已集中在两个基本属性[1,2]：高电阻率和高取向结晶结构。zn0有一个大的机电耦合系数表明它有一个强大的压电效应。在光电子和光电转换领域，氧化物是非常有用的。进行研究的目的是提高三个参数：导电率，光透射比和结晶质地[3-5]。许多其他主题的研究，包括光电[6]，光致发光[7]，退火[8}和掺杂[9}都有报道。zn0薄膜制备了由不同的技术沉积：溅射[10]，激光[11]蒸发[12]，喷雾[13}和化学气相沉积法[14]。在先前的文章中[15]，我

4、们曾报道不同的基板位置对Zn0薄膜特性的影响。我们发现，当基板与目标垂直时，会产生高导电透明层具有电阻率低于10-3Ω，平均透过率近85%，生长方向，按照正常的c-轴基材表面。当在适当的条件下退火时，可产生优良的光电性能。在目前的工作中，我们研究了退火对这些参数的依赖。这项研究的目的是确定可以影响退火工艺的主要因素，即在微观结构和化学性质的不同而变化。2.实验细节掺杂氧化锌薄膜制备采用射频（RF）ULVAC公司Sinku马切达RFS200溅射技术。表1给出了样品制备的更多细节。溅射是在表1列出的室温高达1600度的条件下进行

5、的。zn0薄膜沉积在普通玻璃基板上。无论是在空气和真空环境下进行退火的薄膜。关于真空退火，系统给予一个10-3帕的背景压力，然后在不同温度下（200-250-300-3500C）进行了退火。而空气中的退火是在3000C下进行的。每个加热持续1小时，然后，将样品在各自的环境中降温至室温。进行表面形貌观察和薄膜厚度测量是在日立S-2500Ç扫描电子显微镜（SEM）20千伏电压下进行的。在这种技术下，是对薄膜厚度截面的一个简单的直接观察评估，同时，表面形貌也受到审查。在这项研究中使用的样品有以下厚度：0.17微米0.32微米。他们

6、都在真空中退火，0.32微米的样品还要在空气中退火。目标氧化锌（直径80mm，厚度4mm，纯度99.95%）靶基局50mm基板位置垂直于目标真空压力10-3pa溅射气体氩气溅射气压3pa射频功率300w表1Zn0薄膜沉积参数在研究薄膜生长方向和晶粒尺寸时采用X射线衍射（XRD）使用的是飞利浦自动粉末衍射仪1700在θ一2θ配置与铜Kα(入=1.54060A)辐射。以下是设置的操作：40千伏和30毫安。薄膜电阻率ρ的方形四探针法（范德堡法）。电位技术是用来测量在一个恒定0.4T.的磁场中的霍尔效应。所有这些测量分别在退火的前后

7、室温下进行。在300-900nm的波长范围的光透过率测量采用紫外可见双光束分光光度计（UVIKON930）。1.结果与讨论3.1结构特性X射线衍射被用来分析掺杂Zn0薄膜的生长方向和晶粒尺寸。图1显示了一个典型的沉积和退火样品的XRD图谱。所有的薄膜表现出相同的纹理方向的纤锌矿结构Zn0根据C（002）轴垂直于基板表面。这种强烈的择优取向是容易获得Zn0薄膜在基板相对于目标溅射系统保持合适的位置，这是在以前的工作中所述过的。[15]结果发现，峰宽度的（002）显然取决于退火温度的环境是什么。一个可以预期的晶粒尺寸有一个温度依

8、赖行为。实际上，对晶粒尺寸演变的进行了研究。平均晶粒大小据估计从半峰到全宽（002）峰值。结果列于表2。样品在空气中退火处理，晶粒尺寸为207Ǻ的薄膜。如表2所示，晶粒尺寸随退火温度的增加而增加。最薄的薄膜厚度逐渐增加，即0.17微米厚的薄膜，而这在最厚的薄膜表现的更加明显，特别是在真空退