衬底温度对ZnO薄膜氧缺陷的影响.pdf

第26卷第4期压电与声光Vol.26No.4
2004年8月PIEZOELECTRICS&ACOUSTOOPTICSAug.2004

文章编号:100422474(2004)0420318203

衬底温度对ZnO薄膜氧缺陷的影响

李小换,朱满康,侯育冬,王波,严辉
(北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室,北京100022)

摘要:采用射频磁控溅射在石英玻璃和单晶硅Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜,研究了衬底温度对ZnO薄
膜中氧缺陷的影响。实验发现,ZnO薄膜c轴取向性随温度的升高而增强;当衬底温度达到550°C时,XRD谱上仅
出现一个强的(002)衍射峰和一个弱的(004)衍射峰,显示ZnO具有优异c轴取向性。同时,随着温度的升高,ZnO
薄膜的紫外透射截止边带向高波长方向漂移,其电导率也随衬底温度的升高逐渐增大,表明薄膜中的氧缺陷逐渐
增多。这种氧缺陷是由于ZnO的氧平衡分压高于Zn所致,可通过提高溅射气体中氧含量来改善。
关键词:ZnO薄膜;射频溅射;衬底温度;氧缺陷
中图分类号:O48213文献标识码:A

InfluenceofSubstrateTemperatureonOxygenDefectsofZnOThinFilms

LIXiao-huan,ZHUMan-kang,HOUYu-dong,WANGBo,YANHui
(TheKeyLab1ofAdvancedFunctionalMaterials,MinistryofEducation,BeijingPolytechnicUniversity,Beijing100022,China)

Abstract:ZincoxidethinfilmshavebeendepositedbyRFmagnetronsputteringoncrystalSi(100)andfused
silicasubstrates1Inthispaper,theinfluenceofsubstratetemperatureontheoxygendefectsofZnOthinfilmshas
beeninvestigated1ItwasdemonstratedbyXRDthatc2axisorientationofthefilmsbecamebetterwithincreasing
substratetemperature;andatthesubstratetemperatureof550oC,onlystrongXRDpeakofZnO(002)planeap2
pearedaccompaniedwithaweak(004)peak,whichindicatedthatZnOthinfilmwascompletelyc2axisoriented1
Besides,withtheincreaseofsubstratetemperature,theUVabsorptionedgeofthefilmsshiftedtowardlarge
wavelength,andtheconductivityofthefilmsincreased1Itisattributedtotheoxygendefectsofthefilmsincreased
asthetemperatureelevatedduetothehighervaporpressureofoxygenthanthatofzincinZnO1Itisapprovedby
theexperimentthattheoxygendefectsinZnOthinfilmscanbeimprovedbyincreasingoxygenratioduringsput2
tering1
Keywords:zincoxide;thinfilms;substratetemperature;oxygendefects

313eV(300K),且其激子束缚能高达60meV,是
1引言[4]
良好的紫外光发光材料之一。ZnO薄膜的优异性
氧化锌(ZnO)作为一种Ê2Î族化合物半导体能使其成为目前最具开发潜力的薄膜材料之一。
材料,应用广泛。纤锌矿结构的ZnO,在c轴方向具制备ZnO薄膜可采用如溅射、脉冲激光沉积
有的高机电耦合系数,可获得高换能效率,是制备高(PLD)、化学汽相沉积(CVD)、雾化、溶胶2凝胶
频声光器件,如声表面波器件和声光调制器等的压(Sol2Gel)等[5]方法。其中,溅射法,包括射频和磁控
电转换材料[1];ZnO的晶格常数a=0132498nm,c溅射,具有工艺简单、成本低廉、沉积速率大、薄膜致
=0152066nm,与纤锌矿结构GaN相近,其晶格密性高、易于大面积制备等优点,是制备ZnO薄膜
失配小(约2