ZnO薄膜的制备与性能研究

【摘要】： ZnO薄膜是一种具优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、高频压电转换、表面声波元件、微传感器以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点，而薄膜性质的差异不仅取决于不同的掺杂组分，并与制备工艺紧密相关。本文研究采用两种不同的方法制备ZnO薄膜：一是采用射频磁控溅射制备ZnO薄膜；二是采用离子束溅射锌膜然后在氧气氛炉中退火氧化制备ZnO薄膜。 第一章介绍了ZnO薄膜的晶体结构、制备方法、性能以及关于ZnO薄膜的国内外的研究进展概况。 第二章研究射频磁控溅射和离子束溅射制备ZnO薄膜。内容包括射频磁控溅射的基本原理和离子束溅射的基本原理，射频磁控溅射ZnO薄膜制备的基本过程，离子束溅射制备ZnO薄膜的过程。 第三章研究射频磁控溅射工艺参数以及退火工艺对ZnO薄膜结构、形貌的影响。工艺参数方面主要是通过对沉积时间分别为30min和60min的ZnO薄膜的结构与形貌进行对比分析，发现随着溅射时间的增加，薄膜的结晶性得到改善，颗粒尺寸增加，薄膜表面粗糙度降低，其次退火工艺方面研究了未退火的ZnO薄膜和经600℃退火的ZnO薄膜结构与形貌上的区别，发现经退火处理的ZnO薄膜结构致密，颗粒尺寸均匀化，表面粗糙度降低。 第四章研究了采用离子束溅射法制备ZnO薄膜。研究了工艺参数，退火温度，保温时间，衬底，单枪溅射以及二次溅射处理对ZnO薄膜结构、形貌、导电性的影响。工艺参数方面主要对溅射时间分别为30，60，120min的ZnO薄膜结构与形貌进行分析，发现随着溅射时间增加，薄膜的结晶性得到改善，颗粒尺寸变大，表面粗糙度下降；分析了在石英玻璃衬底上的ZnO薄膜在不同温度下退火的结晶性，发现随着退火温度的改变，薄膜的生长取向有所改变；退火工艺中保温时间增加导致薄膜的颗粒尺寸变大，薄膜表面粗糙度下降；不同的衬底导致薄膜的生长情况也不一样；通过对比单枪溅射和二次溅射制备的ZnO薄膜的结构与形貌，发现二次溅射后的薄膜XRD峰强度减弱，但是二次溅射后的ZnO薄膜的表面粗糙度降低。 第五章通过对比射频和离子束溅射两种方法制备的ZnO薄膜的结构，表面形貌以及导电性，发现射频磁控溅射制备的ZnO薄膜在取向性，表面粗糙度以及电阻率方面的表现优于离子束溅射制备的ZnO薄膜。