论文部分内容阅读
随着现代电子科学技术的发展,目前电子器件的集成度逐年增高,晶体管的密度也随着摩尔定律达到一个前所未有的高度。现代的电子设备已经逐渐小型化,实现器件的小型化就需要先进的材料加工技术和材料制备工艺。薄膜科学和技术的发展给新一代电子技术提供了材料基础。尤其是在纳米低维材料研究方面,例如二维半导体超晶格和量子阱,一维量子线,零维量子点,已经取得了可喜的成就。文中我们首先利用直流磁控溅射技术制备了纯铟薄膜,通过SEM发现在溅射功率和沉积时间较小时,薄膜表面比较平滑和整齐,薄膜表面呈迷宫状。随着溅射沉积时间的增大,薄膜表面由平滑逐渐变得粗糙,并且有铟小丘形成。沉积时间继续增加,小丘长大。当沉积功率增大到一定值后,小丘消失,表面粗糙度增加。通过XRD结果分析,我们发现随着铟沉积时间的增加铟薄膜非优先生长晶面(002)衍射强度比增加。最终发现(002)晶面的优势生长是由于薄膜沉积过程中逐渐增加的内部应力释放所致。同时我们还发现功率比较大时(>25W)铟薄膜表面有许多纳米棒形成。通过TEM发现,小丘是由多个颗粒聚集长大形成,同时颗粒的合并也导致了新的小丘形成,使小丘密度和直径增大。利用射频溅射制备的纯铟薄膜也发现了类似的结果。然后我们又利用直流和射频溅射技术分别制备了含金缓冲层的铟薄膜样品。通过SEM发现,含有金缓冲层的铟薄膜表面形成了许多纳米岛。并且岛的尺寸与溅射沉积铟的时间、功率,基片的温度、氩气的气压和金缓冲层的厚度有关。通过XRD和TEM发现金缓冲层改变了铟薄膜的晶格结构,并且发现在金缓冲层和沉积的铟薄膜之间形成一层薄的合金层;形成的铟纳米岛分布均匀,尺寸分布较窄;铟纳米岛具有体心四方结构。比较两种方法制备的薄膜,我们发现不含金缓冲层和含有金缓冲层的薄膜形貌的不同是由于不同的机制所造成的。其中没有金的缓冲层的铟薄膜生长属于S-K生长模式,铟小丘的形成主要是源于薄膜内部压应力造成。而含有金缓冲层的铟薄膜由于衬底表面形成了一层金铟的合金层Au3In2,导致衬底表面由润湿表面转变为非润湿的表面。这种非润湿表面使沉积的铟原子首先形成一层合金非润湿层,然后按照V-W生长模式形成铟的三维岛结构。通过控制实验的参数可以控制形成的铟岛的尺寸和分布。我们选取一组含有金缓冲层的铟纳米岛在空气中保持500℃的高温,使铟岛氧化形成了In2O3纳米岛结构。通过SEM发现尽管在500℃的高温下,In2O3纳米岛形貌并没有发生大的改变。通过XRD发现,在金和铟薄膜之间形成的合金层Au3In2转变为Au10In3,形成的In2O3具有方铁锰矿结构。通过EDX发现这些,In2O3纳米岛中铟和氧原子数比为:44:56,很明显这种纳米结构中氧不足。我们知道室温下In2O3块体并不能发光,通过PL测试发现我们制备的In2O3纳米结构在Ne灯280nm激发光下,在420nm和470nm处有光致发光现象,同时在450nm处有一处肩部发射区。通过分析提出这种光致发光可能与In2O3纳米结构中存在的氧不足有关。氧的缺失导致材料体系中存在很多氧空位,这些氧空位可能形成很多局域能级和缺陷能级,这些能级的存在可以作为光发射的施主和受主能级,当受到光激发后电子发生转移,而后电子又会释放其能量回到基态,发出可见光。