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文檔簡介
1、氧化鋅(ZnO)作為一種新型的直接寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料,一直受到廣泛關(guān)注。ZnO具有室溫下3.37eV的禁帶寬度,60meV的激子束縛能,優(yōu)良的壓電、氣敏、壓敏等特性,而且原材料廉價豐富、無毒、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好、抗輻射性強。因此,ZnO的諸多方面成為了研究的熱點。其中,薄膜作為ZnO的主要形態(tài)結(jié)構(gòu),具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。
近幾年,隨著ZnO薄膜材料的制備技術(shù),生長機制等的研究的越來越成熟,很多研究工作開始將Zn
2、O薄膜應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。比較看好的領(lǐng)域有光電領(lǐng)域的太陽能電池用來代替多晶硅,發(fā)光二級管代替GaN薄膜,透明導(dǎo)電玻璃代替ITO,表面聲波,紫外激光器,以及一些特殊的極性轉(zhuǎn)換開光等領(lǐng)域。而在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)ZnO薄膜的光電各向異性對器件的性能影響非常大。所以今年來,越來越多的研究工作開始針對控制ZnO薄膜的生長取向以到達到其光電性能的優(yōu)化。
目前,隨著薄膜制備技術(shù)的發(fā)展和完善,幾乎所有制備方法都可以用于ZnO薄膜的制備。而由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)
3、ZnO的本征偶極矩和自發(fā)極性,使得幾乎所有的方法都很容易制備出c軸取向擇優(yōu)生長的ZnO薄膜,而非極性取向擇優(yōu)生長的薄膜的制備則要困難得多。目前能夠成熟地制備非極性取向生長ZnO薄膜的方法主要有磁控濺射法、分子束外延法、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積等這些非平衡態(tài)的制備方法。這些方法都是利用了與ZnO非極性面有一定錯配度的特殊襯底,比如m-或者r-面藍寶石,γ-LiAlO2,Si和MgO(100)等。利用這些非平衡態(tài)的方法制備出來的ZnO薄膜都
4、會因為襯底與薄膜之間的錯配而產(chǎn)生殘余應(yīng)力,這大大限制了薄膜在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。所以,如何控制好薄膜的擇優(yōu)生長取向?qū)⒎菢O性薄膜應(yīng)用到光電領(lǐng)域成為ZnO薄膜研究領(lǐng)域的一個瓶頸。
為了避免這種殘余應(yīng)力的產(chǎn)生,本文從平衡態(tài)的化學(xué)方法中尋找出路。在經(jīng)過了溶膠-凝膠法、反膠束微乳液法等化學(xué)法的嘗試之后,最后找到了一個能夠控制薄膜擇優(yōu)生長取向的化學(xué)浴沉積法。本文就是通過調(diào)整實驗以及工藝參數(shù)來達到利用化學(xué)浴沉積法控制薄膜的擇優(yōu)生長取向。
5、 實驗結(jié)果表明,當(dāng)選用非常薄的顆粒ZnO膜的SG-ZnO薄膜作為襯底,化學(xué)浴時間為4小時,化學(xué)浴溫度為80℃時,以90%的異丙醇和10%的去離子水作為溶劑的時候,可以制備出質(zhì)量很好的非極性(110)取向擇優(yōu)生長的ZnO薄膜。當(dāng)其它條件不變,可以通過改變化學(xué)浴的溶劑來控制薄膜的擇優(yōu)生長取向。利用此技巧,本文成功制備出了(002)、(101)、(112)、(110)、(100)取向擇優(yōu)生長的ZnO薄膜。
本文還通過對ZnO薄膜的
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