磁控溅射法制备MgxNi1-xO薄膜及其表征

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随着紫外探测技术的发展,价格便宜,性能稳定可靠的紫外探测器件逐渐成为研究的热点之一,尤其是工作于地球表面日盲区波长(240~280nm)范围内的紫外光探测器。日盲区紫外探测器可应用于导弹尾焰探测,化学火焰探测以及短波长光通信等军事,民用领域。目前,对紫外探测器的研究主要集中在AlGaN体系,其主要的制备方法有化学气相沉积(VCD)分子柬外延(MBE)等,虽然采用AlGaN体系作为日盲紫外探测器取得了很大的研究进展,显示出非常诱人的前景,但是受到衬底材料的制约AlGaN体系在光电子器件领域的发展受到很大的限制。同时,制备AlGaN体系工艺复杂,成本较高。而氧化物的制备相对来说工艺比较简单,成本较低。因此,探索可用于日盲紫外探测领域的氧化物材料就显得很有现实意义。氧化物作为紫外探测器的研究,主要集中在ZnO及其MgZnO等合金体系,室温下ZnO禁带宽度约为3.37eV不适合作为日盲紫外探测器,MgZnO虽然在一定程度上调节了其禁带宽度,但是由于MgO与ZnO晶体结构上的差异,两者的固溶度有限,薄膜禁带宽度只能在一定范围内调节,其光谱响应仍不能被调节到日盲光谱范围内。为解决上述问题,本文研究了MgxNi1-xO体系,期望通过调节薄膜的成分,实现对薄膜膜吸收边(禁带宽度)的调制,使之处日盲光谱范围内。 采用JPGF-450型射频磁控溅射仪在石英衬底和玻璃衬底上分别溅射x=0.1、0.2、0.3三种陶瓷靶,改变溅射条件功率分别在P=100W、150W、200W,改变总流量为1帕的氧气/氩气混合工作气体的组成分别在c=0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0,背景真空10-3帕的条件下,溅射30分钟得到的MgxNi1-xO样品,以及在不同的退火条件下的热处理的样品,用X-射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外吸收谱等分析方法加以分析,得到了以下几点结论: 1.衬底的选择很重要。在7059玻璃上没有得到晶型的MgxNi1-xO薄膜,退火以后也不能形成好的结晶,在石英衬底上可以溅射出(200)方向的立方相多晶。 2.薄膜的制备过程对MgxNi1-xO薄膜的质量有影响。改变工艺过程中的参数如功率和工作气体的组成,都能得到晶向一致的(200)方向的多晶MgxNi1-xO薄膜; 但是高功率却使薄膜的晶粒尺寸减小,不如小功率条件下得到的薄膜质量高;增加工作气体中氧气的比例可以明显提高薄膜的致密程度和晶粒大小。 3.样品的热处理影响MgxNi1-xO薄膜的质量。在1100℃的高温退火后可以得到均
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