書籍：

《炬豐科技

-

半導體工藝》

文章：襯底溫度對

ZnO

薄膜的結構和光學特性的影響

編號：

JFKJ-21-693

作者：炬豐科技

關鍵詞

：

氧化鋅薄膜；襯底溫度；光學性質；

APCVDXRD

掃描電鏡，原子力顯微鏡。

摘要

在這項工作中，氧化鋅

（

氧化鋅

）

薄膜沉積在玻璃基板上的技術。氧氣流速

（4NL/h）

用於各種襯底溫度

（300

，

350

，

400

、

500

和

550 C）

，沉積時間為

30

分鐘。

XRD

分析顯示，在

500 C

和氧氣流速

（4 NL/h）

下沉積的

ZnO

出現了一個尖銳的峰，這表明薄膜完全生長。平均微應變用威廉姆森

-

霍爾方法分析。掃描電鏡照片證實奈米顆粒是由較小的氧化鋅團聚體組成的。用影象分析軟體測量了氧化鋅薄膜的晶粒尺寸，用原子力顯微鏡研究了薄膜的粗糙度和形貌。紫外可見光譜測量表明

ZnO

薄膜的帶隙值在

（3。18-3。88eV）

。

介紹

氧化鋅

（ZnO）

薄膜它是一種

n

型半導體纖鋅礦結構，在室溫下具有約

3。37 eV

的直接能量寬頻隙，已廣泛應用於光電或電子應用、表面聲波器件、太陽能電池視窗

、

氣體感測器，然而在固態和電子器件的許多其他應用中。沉積氧化鋅薄膜有許多技術，如濺射法、噴霧熱解法、金屬有機化學氣相沉積法、溶膠凝膠法、水熱法和等離子體化學氣相沉積法。用醋酸鋅透過氣相化學氣相沉積法制備氧化鋅薄膜成本低，易於操作，在大氣中化學性質穩定。本工作利用醋酸鋅，採用等離子體化學氣相沉積法制備氧化鋅薄膜。研究了所得氧化鋅薄膜的尺寸、形貌、結晶度和光學性質，以及不同溫度對其尺寸和光學性質的影響。

實驗方法實驗細節

將

ZnO

薄膜沉積在清潔的玻璃上作為基底，首先用丙酮、乙醇和去離子水以連續的方式超聲清潔玻璃基底

30

分鐘。生長條件涉及氬和氧的氣體混合物，其中在管內裝有乙酸鋅和玻璃襯底，兩個獨立的氣體流量計控制它們的流量，我們還對由

0。5g

乙酸鋅材料組成的舟和玻璃襯底之間的距離進行了最佳化，在

5

，

8

，

12

釐米的範圍內，隨後我們發現氧氣流速的最佳時間沉積約為

30

分鐘

（

時間沉積

）

，

然後透過以

4 NL/h

的氧氣流速控制製備的樣品氣體流速，載氬氣體流速為

4NL/hr

，其中

NL/hr

是指

（

每小時正常產仔數

）

。不同襯底溫度的變數用於生長氧化鋅薄膜

（300

、

350

、

400

、

450

、

500

、

550

℃

）

。

沉積之後是

（APCVD）

技術。它包含一個直徑為

5

釐米、長約

150

釐米的水平管式爐，我們看到薄膜的性質隨著爐內溫度和氧氣流速隨沉積時間的變化而變化。

結果和討論

氧化鋅薄膜的

XRD

圖譜如圖

1

所示。

XRD

圖案中的峰位置與參考程式碼

ICSD 01-075-1526

的標準圖案完全匹配，而在

（300

，

350

，

400 C）

襯底溫度下製備的樣品中的一些峰消失可能是由於氧化鋅材料沒有貼上

（

沒有完全沉積

）

在玻璃襯底上或者沒有完全燃燒，在溫度

450

，

500

和

550

℃

下出現尖銳的峰，這表明

薄膜完全生長。從

XRD

分析結果表明，對於不同的襯底溫度，

ZnO

薄膜的微晶尺寸可以透過使用來自

Scherrer

方程的半峰全寬

（FWHM）

來測量。

在室溫下，不同襯底溫度在

300、350、400、450、500和550c範圍內的氧化鋅薄膜的透射率測量。從Tauc方程測量了氧化鋅薄膜的價帶與導帶之間的光帶隙能量

。

我們發現氧化鋅薄膜的能帶隙的平均值在這項工作如圖（

5）所示，（3。18-3。28eV）之間依賴於沉積的性質氧化鋅薄膜的襯底溫度的範圍（300到550C），厚度的平均值測量所有樣品大約為500奈米。然而，由於眾所周知，這些值與之前發表的其他實驗和理論結果相一致，因為氧化鋅家族是一種n型寬頻隙半導體材料。

結論

採用

APCVD

技術將玻璃基底上沉積純氧化鋅（氧化鋅）薄膜。為了獲得氧化鋅薄膜，採用醋酸鋅。使用

300

、

350

、

400

、

450

、

500

和

550C

範圍內的襯底溫度值作為（

4NL/

小時）固定氧和氬氣流量的函式。該製備技術具有良好的氧化鋅薄膜沉積質量。

XRD

分析表明，在

500C

和

4NL/h

流量下，氧化鋅婚姻在玻璃基底上沉積的最佳條件是，與其他基底溫度相比，

XRD

峰的強度最大。研究了不同襯底溫度的影響，採用微應變法進行了研究威廉姆森

-

霍爾方法。掃描電鏡影象顯示，隨著溫度的升高，在氣體基底上的沉積的生長也增加。這一結果與

XRD

分析的結果吻合得很好。從原子力顯微鏡機理可以研究氧化鋅薄膜的粗糙度和形貌。薄膜也表現出半導體行為，帶隙能量為

3。28eVat500c

。然而，對測試樣品的厚度測量約在

500nm

左右。