氧化锌(ZnO)薄膜的结构分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州物理研究所表面工程技术国家级重点实验室 作者:赵印中

         ZnO 不仅能制成良好的半导体和压电薄膜,亦能通过掺杂制成良好的透明导电薄膜,且原料易得、价廉、毒性小、制备方法多种多样,可以适应不同需求,已成为一种用途广泛、最有开发潜力的薄膜材料之一。目前,研究ZnO 材料的性质涉及许多领域,其中包括透明导电膜(TCO)、表面声学波(SAW)器件、光激射激光器、气敏传感器、紫外光探测器、显示以及与GaN 互作缓冲层等方面。

         制备ZnO 薄膜的传统方法有磁控溅射、化学气相沉积及溶胶凝胶法等,新方法有激光脉冲沉积法(PLD)、分子束外延法(MBE)等。采用不同的制备技术、工艺参数,制备的ZnO 薄膜的结晶取向、薄膜厚度、表面平整度以及光电、压电等性质各有区别。虽然不同方法制备的ZnO 薄膜的性能各有优缺点,但从结晶情况来看,以有机金属化学气相沉积(MOCVD)、PLD、原子层外延生长(ALE)法制备的薄质量较好。

         ZnO 为宽带隙半导体,禁带宽度约3.3 eV,晶体结构为六方形纤锌矿结构(图1)。优质的ZnO 薄膜具有C 轴择优取向生长的众多晶粒,每个晶粒都是生长良好的六方形纤锌矿结构。

         图2 是楼晓波等采用sol-gel 法制备的ZnO 薄膜的XRD 谱。可以看出,与标准的ZnO 粉末样品的衍射谱相比较,涂覆10 层与20 层的薄膜均出现了明显的与(100)、(002)和(101)晶面相对应的衍射峰,说明样品均为六方纤锌矿结构。

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