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等离子辅助电子束蒸发制备纳米ZnO薄膜的性质研究

汤庆鑫  
【摘要】:ZnO 是一种宽带隙半导体(3.37 eV),激子束缚能高达60 meV,这使得 ZnO具有高效的,源于激子的紫外发射,并使得ZnO在短波长激光二极管、紫外探测器等方面有着广泛的应用前景。 到目前为止,人们已经采用激光脉冲沉积,磁控溅射,金属有机气相沉积等技术来制备ZnO。从提高ZnO发光质量和调整ZnO性质的角度出发,本篇论文采用等离子体辅助电子束蒸发技术,制备金属锌和ZnS:Mn薄膜,然后进行热氧化,获得了ZnO和Mn钝化的ZnO:S薄膜,研究了氧和氩等离子体辅助对电子束蒸发沉积ZnS:Mn薄膜结构的影响。电子束蒸发沉积具有成本低廉,引入杂质少,方法简单,成膜均匀,适于大面积生产等优点,并且等离子体辅助的引入还可部分解决电子束蒸发固有的原子表面迁移率低的缺点,改善薄膜质量。 为提高ZnO的发光质量,我们采用氧和氩等离子体辅助电子束蒸发的方法制备了金属Zn薄膜,在薄膜中形成ZnO的微晶核,然后再对样品进行热处理,使ZnO在晶核的基础上长大,得到较高质量的ZnO多晶薄膜。为研究等离子体辅助在薄膜沉积过程中对薄膜结构的影响,我们在不同等离子体束流条件下制备了ZnS:Mn薄膜。实验结果表明,等离子体辅助对薄膜的结晶性、厚度和 成分等方面有显著的影响。为研究阴离子掺杂ZnO的性质,我们制备了ZnS:Mn薄膜,然后对薄膜进行热处理,使薄膜部分氧化,形成Mn钝化的ZnO:S薄膜。结果表明,采用部分热氧化的方法可以实现S在ZnO中的掺杂,掺杂后ZnO带隙蓝移,说明S的掺入对ZnO的性质产生了影响。


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