《炬丰科技-半导体工艺》衬底温度对ZnO薄膜的结构和光学特性的影响
书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：衬底温度对ZnO薄膜的结构和光学特性的影响
编号：JFKJ-21-693
作者：炬丰科技
关键词:氧化锌薄膜；衬底温度；光学性质；APCVDXRD扫描电镜，原子力显微镜。
摘要
在这项工作中，氧化锌(氧化锌)薄膜沉积在玻璃基板上的技术。氧气流速(4NL/h)用于各种衬底温度(300，350，400、500和550 ̊C)，沉积时间为30分钟。XRD分析显示，在500 ̊C和氧气流速(4 NL/h)下沉积的ZnO出现了一个尖锐的峰，这表明薄膜完全生长。平均微应变用威廉姆森-霍尔方法分析。扫描电镜照片证实纳米颗粒是由较小的氧化锌团聚体组成的。用图像分析软件测量了氧化锌薄膜的晶粒尺寸，用原子力显微镜研究了薄膜的粗糙度和形貌。紫外可见光谱测量表明ZnO薄膜的带隙值在(3.18-3.88eV)。
介绍
氧化锌(ZnO)薄膜它是一种n型半导体纤锌矿结构，在室温下具有约3.37 eV的直接能量宽带隙，已广泛应用于光电或电子应用、表面声波器件、太阳能电池窗口、气体传感器，然而在固态和电子器件的许多其他应用中。沉积氧化锌薄膜有许多技术，如溅射法、喷雾热解法、金属有机化学气相沉积法、溶胶凝胶法、水热法和等离子体化学气相沉积法。用醋酸锌通过气相化学气相沉积法制备氧化锌薄膜成本低，易于操作，在大气中化学性质稳定。本工作利用醋酸锌，采用等离子体化学气相沉积法制备氧化锌薄膜。研究了所得氧化锌薄膜的尺寸、形貌、结晶度和光学性质，以及不同温度对其尺寸和光学性质的影响。
实验方法实验细节
将ZnO薄膜沉积在清洁的玻璃上作为基底，首先用丙酮、乙醇和去离子水以连续的方式超声清洁玻璃基底30分钟。生长条件涉及氩和氧的气体混合物，其中在管内装有乙酸锌和玻璃衬底，两个独立的气体流量计控制它们的流量，我们还对由0.5g乙酸锌材料组成的舟和玻璃衬底之间的距离进行了优化，在5，8，12厘米的范围内，随后我们发现氧气流速的最佳时间沉积约为30分钟(时间沉积)， 然后通过以4 NL/h的氧气流速控制制备的样品气体流速，载氩气体流速为4NL/hr，其中NL/hr是指(每小时正常产仔数)。不同衬底温度的变量用于生长氧化锌薄膜(300、350、400、450、500、550℃)。ͦ沉积之后是(APCVD)技术。它包含一个直径为5厘米、长约150厘米的水平管式炉，我们看到薄膜的性质随着炉内温度和氧气流速随沉积时间的变化而变化。
结果和讨论
氧化锌薄膜的XRD图谱如图1所示。XRD图案中的峰位置与参考代码ICSD 01-075-1526的标准图案完全匹配，而在(300，350，400 ̊C)衬底温度下制备的样品中的一些峰消失可能是由于氧化锌材料没有粘贴(没有完全沉积)在玻璃衬底上或者没有完全燃烧，在温度450，500和550℃下出现尖锐的峰，这表明̊薄膜完全生长。从XRD分析结果表明，对于不同的衬底温度，ZnO薄膜的微晶尺寸可以通过使用来自Scherrer方程的半峰全宽(FWHM)来测量。
在室温下，不同衬底温度在300、350、400、450、500和550c范围内的氧化锌薄膜的透射率测量。从Tauc方程测量了氧化锌薄膜的价带与导带之间的光带隙能量。我们发现氧化锌薄膜的能带隙的平均值在这项工作如图（5）所示，(3.18-3.28eV)之间依赖于沉积的性质氧化锌薄膜的衬底温度的范围(300到550C)，厚度的平均值测量所有样品大约为500纳米。然而，由于众所周知，这些值与之前发表的其他实验和理论结果相一致，因为氧化锌家族是一种n型宽带隙半导体材料。
结论
采用APCVD技术将玻璃基底上沉积纯氧化锌（氧化锌）薄膜。为了获得氧化锌薄膜，采用醋酸锌。使用300、350、400、450、500和550C范围内的衬底温度值作为（4NL/小时）固定氧和氩气流量的函数。该制备技术具有良好的氧化锌薄膜沉积质量。XRD分析表明，在500C和4NL/h流量下，氧化锌婚姻在玻璃基底上沉积的最佳条件是，与其他基底温度相比，XRD峰的强度最大。研究了不同衬底温度的影响，采用微应变法进行了研究威廉姆森-霍尔方法。扫描电镜图像显示，随着温度的升高，在气体基底上的沉积的生长也增加。这一结果与XRD分析的结果吻合得很好。从原子力显微镜机理可以研究氧化锌薄膜的粗糙度和形貌。薄膜也表现出半导体行为，带隙能量为3.28eVat500c。然而，对测试样品的厚度测量约在500nm左右。
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