Si基底取向對ZnO-Al薄膜結構和性能的影響研究.pdf

1、ZnO是一種具有纖鋅礦晶體結構，激子束縛能高達60meVⅡ-Ⅵ族直接寬帶隙（室溫帶隙寬3.37eV）的氧化物半導體材料。由于其優(yōu)異的光學、電學及壓電等性能，在透明導電薄膜、發(fā)光二極管、紫外光探測器、氣敏傳感器、表面聲波等諸多領域有著廣泛的應用，同時已在多種基底上成功制備了高質量的ZnO薄膜。
　　在各種常用ZnO薄膜生長的基底材料中，Si基底價格低廉，并具有良好的導電、導熱性，可以實現(xiàn)ZnO器件與硅電路的混合集成等優(yōu)勢。然而，Zn

2、O與Si基底之間存在較大的晶格錯配，容易導致薄膜與基底界面處產(chǎn)生缺陷使薄膜性能變差。因為Si基底的取向對界面錯配有關鍵影響，所以研究Si基底不同取向對ZnO薄膜結構和性能的影響尤為重要。雖然，前人對不同取向的Si基底對ZnO薄膜的影響也做了一些研究，但這些研究中對Si基底不同取向對ZnO薄膜形貌和電學性能的影響缺乏深入研究和解釋。
　　為解決這些問題，本文研究了Si基底不同取向對ZnO薄膜結構和電學性能的影響。首先，利用射頻磁控濺

3、射方法在Si(111)上制備了Al摻雜ZnO(AZO)薄膜，探索了基底溫度、濺射功率和工作氣壓對薄膜的影響。并在此基礎上確定最佳工藝參數(shù)，制備出性能優(yōu)異的AZO薄膜。其次，研究了Si基底不同取向對AZO薄膜結構和電學性能的影響。采用射頻磁控濺射方法在(100)、(110)和(111)Si基底上制備AZO薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，對于不同取向Si基底，薄膜具有高度c軸擇優(yōu)取向，并且都是柱晶形貌。在(100)、(110)和(111)Si基底上AZO薄

4、膜的晶粒尺寸依次增大，因此晶界分布密度依次減小，導致薄膜電阻率降低。最后，利用O點陣模型計算AZO/Si界面錯配，從界面錯配方面研究(100)、(110)和(111)Si對薄膜的形貌和性能的影響。通過分析AZO/Si界面錯配發(fā)現(xiàn)AZO與(100)、(110)和(111)Si界面位錯密度分別為0.717nm-1、0.588nm-1和1.637nm-1，并且在(100)和(110)Si基底上出現(xiàn)混合二次位錯。綜合這些結果可得(100)、(1