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ZnO薄膜MOCVD系统生长研究
ZnO薄膜MOCVD系统生长研究
摘要：本文研究了ZnO薄膜的MOCVD生长方法及其影响因素，重点探讨了反应前驱物的选取、反应条件对薄膜生长的影响，并利用SEM、XRD等手段对生长的ZnO薄膜进行表征，结果表明，MOCVD系统可成功生长出高质量、均匀的ZnO薄膜，其优化的生长条件为：反应前驱物为Zn（TMHD）2和H2O，反应器温度为400℃，反应气体为Ar、O2和N2。
关键词：ZnO薄膜；MOCVD生长；反应前驱物；反应条件
1.引言
氧化锌（ZnO）是一种重要的半导体材料，具有优异的光电性能和物理、化学性质。因此，ZnO材料在电子学、光电学、生物学、环境保护等领域具有广泛的应用前景。其中，ZnO薄膜是ZnO材料最常用的形式，因其具有表面光滑、晶体质量优良、晶面结构性能稳定等优点，成为研究重点。MOCVD是制备ZnO薄膜的一种有效方法，具有生长速度快、薄膜质量优良、适用范围广等特点。
2.实验方法
2.1实验材料
基片：n-Si（100）
反应前驱物：Zn（TMHD）2和H2O
反应气体：Ar、O2和N2
2.2实验步骤
（1）基片清洗：将基片放入超纯水中浸泡5分钟，去除表面杂质，然后再放入甲醇中浸泡5分钟，去除有机物。最后进行氧化处理，以得到干净的表面。
（2）反应器准备：反应器内加入反应气体，将其先保持在常温下，然后升高至400℃。
（3）生长薄膜：将基片放置于反应器内，加热到400℃，然后向反应器内通入反应前驱物Zn（TMHD）2和H2O，接着饱和蒸汽能够在基片表面上降温并成长出ZnO薄膜。
（4）薄膜表征：利用SEM、XRD等手段对生长的ZnO薄膜进行表征。
3.实验结果与讨论
3.1反应前驱物的选取
实验中，选择的反应前驱物为Zn（TMHD）2和H2O。Zn(TMH)2是一种ZnO前驱物，可被氧化成ZnO。H2O为Zn(TMH)2的氧化剂，能使其完全生长成ZnO。目前，常用的ZnO前驱物有Zn（s），Zn（TMHD）2等。与其他前驱物相比，Zn（TMHD）2能够在低温下分解，容易得到纯度较高的ZnO薄膜，因此被广泛使用。
3.2反应条件的优化
反应条件对MOCVD生长的ZnO薄膜影响较大，需要精细的调控。本实验中，设定的反应条件如下：反应器温度为400℃，反应气体为Ar、O2和N2。反应的气相组成以氧化还原体系为主。反应过程中，Ar被用作惰性气体，N2用于稀释与控制反应气压，O2用于氧化反应气体，使Zn（TMHD）2得以转变为ZnO。
3.3结果分析
通过SEM观察，发现生长的ZnO薄膜质量较高，结晶性好，表面光滑。XRD结果表明，生长的ZnO薄膜晶体结构良好，具有典型的ZnO衍射峰，随着反应器温度的升高，衍射峰强度逐渐增强，表明生长的薄膜晶体质量有所提升。
4.结论
本文研究了ZnO薄膜的MOCVD生长方法及其影响因素，通过SEM、XRD等手段对生长的ZnO薄膜进行表征，对优化ZnO薄膜生长条件做出了探讨。实验结果表明，在选择合适的反应前驱物和反应条件的基础上，MOCVD系统能够成功生长出高质量、均匀的ZnO薄膜，为其在实际应用中提供了一定的理论基础。