專利名稱：一種改善氧化鋅薄膜性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善氧化鋅薄膜性能的方法，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋅是一種纖鋅礦結(jié)構(gòu)的直接帶隙的寬帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下
帶隙為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV。采用薄膜制備方法制備的氧化 鋅薄膜具有多種優(yōu)良的物理性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，材料來源豐富，價(jià)格 低廉，無毒，易摻雜，在許多方面都有較大的應(yīng)用潛力，例如變阻器， 壓電傳感器，光學(xué)波導(dǎo)，表面超聲波裝置，氣體傳感器以及太陽(yáng)能電池
等o
氧化鋅薄膜的性能與鍍制工藝和鍍制條件有著密切的關(guān)系。目前，
傳統(tǒng)的鍍制方法是用脈沖激光沉積(PLD)和磁控濺射薄膜沉積等方法 在基底表面鍍制氧化鋅薄膜，采用這些方法鍍制的氧化鋅薄膜，其結(jié)晶 質(zhì)量較差，只有在基底溫度高于60(TC時(shí)才能得到結(jié)晶質(zhì)量較好、禁帶寬 度較小的氧化鋅薄膜，這又將導(dǎo)致薄膜鍍制過程中能耗過大，成本過高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的缺陷，為了能夠改善在基底溫度 為30(TC 55(TC間鍍制的氧化鋅薄膜，使其結(jié)晶質(zhì)量好、禁帶寬度接近單 晶氧化鋅的數(shù)值，并且減少薄膜鍍制過程中的能源消耗，降低成本，提 供一種改善氧化鋅薄膜性能的方法。
其基本原理是對(duì)在基底溫度為30(TC 55(TC間鍍制的氧化鋅薄膜， 在27"C下，對(duì)氧化鋅薄膜進(jìn)行原子氧表面改性處理，使其結(jié)晶質(zhì)量和光 學(xué)性能得到明顯改善。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種改善氧化鋅薄膜性能的方法，其步驟如下
步驟一、將在基底溫度為30(TC 55(rC間鍍制的氧化鋅薄膜裝在試樣架上送入真空室，并對(duì)真空室進(jìn)行抽真空操作，使真空室壓力達(dá)到3X
1()4Pa以上;
步驟二、將純度為99.99%的氧氣通過氣體流量控制器送入真空室中， 使真空室中的壓力保持在2X 10"Pa;
步驟三、通過同軸放電組件將微波輸入真空室中，使氧氣在同軸放 電腔中放電，形成氧等離子體；
步驟四、對(duì)在同軸放電腔前放置的金屬板上加IOV偏壓，使氧等離 子體中的氧離子與金屬板碰撞獲得電子，從而形成原子氧，將原子氧反 射至樣品架處與氧化鋅薄膜發(fā)生作用，作用的時(shí)間要求不少于60min。
上述處理過程均在27"C (室溫)下進(jìn)行。
至此，就改善了氧化鋅薄膜的性能。
經(jīng)原子氧不同處理時(shí)間后的氧化鋅薄膜樣品的X射線衍射(XRD) 和紫外-可見透射光譜如圖l和圖2所示。由圖l可以看出，隨著原子氧 作用時(shí)間的增加，氧化鋅(002)取向的X射線衍射峰明顯增強(qiáng)，其半高 寬呈下降趨勢(shì)，說明氧化鋅薄膜的結(jié)晶質(zhì)量在原子氧的作用下得到明顯 改善。由圖2可以看出，隨著原子氧作用時(shí)間增加，氧化鋅薄膜在可見 光范圍的透過率增加，其禁帶寬度明顯呈減少趨勢(shì)，接近氧化鋅單晶的 禁帶寬度。
有益效果
本發(fā)明提出的一種改善氧化鋅薄膜性能的方法，通過將在基底溫度 為30(TC 55(TC間鍍制的氧化鋅薄膜與原子氧不斷接觸發(fā)生作用，使薄膜 的結(jié)晶質(zhì)量和光學(xué)性能得到明顯改善，并且降低了氧化鋅薄膜的鍍制成本。


圖1為氧化鋅薄膜在不同時(shí)間的原子氧作用前后的XRD圖，其中， (a)為XRD圖，(b)為氧化鋅(002)衍射峰的半高寬變化示意圖； 圖2為氧化鋅薄膜在不同時(shí)間的原子氧作用前后的紫外-可見透射光 譜圖，其中，(c)為紫外-可見透射光譜圖，(d)為禁帶寬度變化示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
步驟一、將在基底溫度為30(TC 55(TC間鍍制的氧化鋅薄膜裝在試樣 架上送入真空室，并對(duì)真空室進(jìn)行抽真空操作，使真空室壓力達(dá)到3X 10—4Pa以上；
步驟二、將純度為99.99%的氧氣通過氣體流量控制器送入真空室中， 使真空室中的壓力保持在2X 10"Pa;
步驟三、通過同軸放電組件將微波輸入真空室中，使氧氣在同軸放 電腔中放電，形成氧等離子體；
步驟四、對(duì)在同軸放電腔前放置的金屬板上加IOV偏壓，使氧等離 子體中的氧離子與金屬板碰撞獲得電子，從而形成原子氧，并將其反射 至樣品架處與氧化鋅薄膜發(fā)生作用，作用的時(shí)間要求不少于60min。
實(shí)施例1
首先，將在40(TC基底溫度條件下制備出的氧化鋅薄膜裝在試樣架上 送入真空室并進(jìn)行抽真空操作，直至真空室的壓力達(dá)到3xlO—4Pa;
然后，將純度為99.99%的氧氣通過氣體流量控制器送入真空室中， 使真空室中的壓力保持在2xlO"Pa;
之后，打開微波電源，通過同軸放電組件將微波輸入真空室中，使 氧氣在同軸放電腔中放電，形成氧等離子體；
隨后，在同軸放電腔前放置的鉬板上加IOV偏壓，使得氧離子與鉬 板碰撞獲得電子，形成原子氧并反射至樣品架處與氧化鋅薄膜發(fā)生作用。 作用時(shí)間分別為60min、 90min禾n 120min，關(guān)閉微波電源，送氣閥，放 氣，取出樣品。
對(duì)上述改善性能后的氧化鋅薄膜進(jìn)行XRD和紫外-可見透射光譜分 析。分析結(jié)果參見圖1和2，由圖中可知，經(jīng)原子氧作用超過60min后， 氧化鋅薄膜(002)衍射峰強(qiáng)度增加為原子氧作用前的2.5倍，半高寬從 0.278°降至0.225°，其禁帶寬度由4.448eV降至4.3eV;在原子氧作用 120min后，氧化鋅薄膜(002)衍射峰強(qiáng)度增加為原子氧作用前的約3 倍，半高寬從0.278°降至0.21°，可見光范圍透過率增加，其禁帶寬度由 4.448eV降至3.78eV。實(shí)施例2
首先，將在30(TC基底溫度條件下制備出的氧化鋅薄膜裝在試樣架上 送入真空室并進(jìn)行抽真空操作，直至真空室的壓力達(dá)到3xl(T4Pa;
然后，將純度為99.99%的氧氣通過氣體流量控制器送入真空室中， 使真空室中的壓力保持在2xlO"Pa;
之后，打開微波電源，通過同軸放電組件將微波輸入真空室中，使 氧氣在同軸放電腔中放電，形成氧等離子體；
隨后，在同軸放電腔前放置的鉬板上加IOV偏壓，使得氧離子與鉬 板碰撞獲得電子，形成原子氧并反射至樣品架處與氧化鋅薄膜發(fā)生作用。 作用時(shí)間為120min后，關(guān)閉微波電源，送氣閥，放氣，取出樣品。
對(duì)上述改善性能后的氧化鋅薄膜進(jìn)行XRD和紫外-可見透射光譜分 析。分析結(jié)果表明，經(jīng)原子氧作用120min后，氧化鋅薄膜(002)衍射 峰強(qiáng)度增加為原子氧作用前的約3倍，半高寬從0.278°降至0.21° ;可 見光范圍透過率明顯提高，其禁帶寬度由4.4eV降至3.8eV。
權(quán)利要求
1、一種改善氧化鋅薄膜性能的方法，其特征在于步驟如下步驟一、將在基底溫度為300℃～550℃間鍍制的氧化鋅薄膜裝在試樣架上送入真空室，并對(duì)真空室進(jìn)行抽真空操作，使真空室壓力達(dá)到3×10-4Pa以上；步驟二、將純度為99.99％的氧氣通過氣體流量控制器送入真空室中，使真空室中的壓力保持在2×10-1Pa；步驟三、通過同軸放電組件將微波輸入真空室中，使氧氣在同軸放電腔中放電，形成氧等離子體；步驟四、對(duì)在同軸放電腔前放置的金屬板上加10V偏壓，使氧等離子體中的氧離子與金屬板碰撞獲得電子，從而形成原子氧，將原子氧反射至樣品架處與氧化鋅薄膜發(fā)生作用，作用的時(shí)間要求不少于60min；上述處理過程均在室溫下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善氧化鋅薄膜性能的方法，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。該方法對(duì)在基底溫度為300℃～550℃間鍍制的氧化鋅薄膜，在室溫下，對(duì)氧化鋅薄膜進(jìn)行原子氧表面改性處理，使其結(jié)晶質(zhì)量變好、禁帶寬度能夠接近單晶氧化鋅的數(shù)值，并且減少了薄膜鍍制過程中的能源消耗，降低了成本。采用本發(fā)明改善的氧化鋅薄膜可在壓電傳感器，光學(xué)波導(dǎo)，表面超聲波裝置，氣體傳感器以及太陽(yáng)能電池等器件的制備上得到廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)C23C14/22GK101457341SQ20081018833
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者馮展祖, 李中華, 楊生勝, 王云飛, 王蘭喜, 鄭闊海, 陳學(xué)康, 欣 高 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所