濺射法制備ZnO薄膜及其表面統(tǒng)計(jì)特性.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種寬帶隙(室溫下3.3eV)Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，激子結(jié)合能為60meV，具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。晶格常數(shù)a=0.3249nm，c=0.5206nm。ZnO薄膜具有良好的透明導(dǎo)電性、壓電性、光電性、氣敏性、壓敏性、且易于與多種半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)集成化。本文實(shí)驗(yàn)所采用的磁控濺射法，在最佳條件下可以得到均勻、致密、有良好的c軸取向性和可見光波段透明性好等優(yōu)點(diǎn)的薄膜，使得它成為在ZnO制備中研究最多并且最廣泛使用的方法。最近，由于

2、在光電領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，ZnO薄膜及其形貌特征得到了廣泛的關(guān)注。表面形貌是薄膜力學(xué)和光學(xué)特征主要特征之一，比如：薄膜的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨著接觸表面粗糙度的改變而改變，金屬薄膜的電導(dǎo)依賴于其表面粗糙度。但是，隨機(jī)表面形貌的高度分布是以位置坐標(biāo)為變量的隨機(jī)過程，難以用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示，所以一般采用統(tǒng)計(jì)函數(shù)或高度自相關(guān)函數(shù)等統(tǒng)計(jì)參量來描述薄膜隨機(jī)表面。本文采用射頻磁控濺射的方法，分別在石英玻璃和硅襯底上濺射ZnO薄膜，濺射氣壓分別為0.5Pa和

3、0.7Pa。實(shí)驗(yàn)本底真空為4.5×10-4Pa，濺射功率120W，氧氣和氬氣流量分別為4 SCCM和16 SCCM，濺射時(shí)間2小時(shí)，采用原子力顯微鏡觀察其表面形貌。本文著重分析研究了薄膜生長(zhǎng)條件(不同襯底、不同濺射氣壓)對(duì)ZnO薄膜表面形貌的影響，并作了相應(yīng)的比較。采用高斯相關(guān)表面的方法研究ZnO薄膜的形貌特征，引用高斯模型中方均根粗糙度w和橫向相關(guān)長(zhǎng)度ζ等參量來描述薄膜隨機(jī)表面的相關(guān)特征。用數(shù)值計(jì)算的方法得到樣品表面的高度自相關(guān)函數(shù)和