等离子体辅助光透明材料氮化锌的生长与光学特性的研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cqy2002
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氮化锌薄膜具备较高的电导率以及较高的压阻系数和稳定的温度特性,在室温条件下通常可以在可见光波长范围内达到电致发光和光致发光,这些都表明了氮化锌薄膜在微电子技能和光电子技能中有着强大的利用后劲。带隙的宽度是用来实现和优化应用目标的关键参数,所以带隙在氮化锌薄膜中的应用是非常必要的。其次重要的是Zn3N2能够在氧化温度高于或等于400℃时被氧化成掺N的p型ZnO,这恰好解决了一个天然的n型ZnO半导体材料难以转换的问题,也为光电子器件的应用提供可能的条件。因此值得我们去研究的就是沉积一个既便宜又可靠的光电材料的最优方法。同时氮化物半导体材料一直被大家关注的原因是它的宽的禁带宽度,在光学器件以及一些高速和高能量的电子器件中得以应用,因此Zn3N2薄膜更能胜任光学器件的应用。更重要的是在沉积过程中很容易形成氧的非故意掺杂,从而产生更加优质的特性。这就是本文研究的主要研究目的。同时分析了不同条件下生成薄膜的性质。  在本文中,采用射频磁控溅射方法,在玻璃衬底上生长的氮化锌薄膜在氩和氮的混合气体中。对比选择不同氮分压与沉底温度生长不同组别的氮化锌薄膜,然后运用了自制的Langmuir双探针以及光栅光谱仪对非平衡磁控溅射Ar气等离子体的特性进行诊断,同时对薄膜进行了RAman测试、XRD测试、红外光谱测试、AFM测试等。氮分压和衬底上的光学透明性,组织样品温度的影响,对样品的表面形貌和光学性能,在空气气氛中保持20天进行了测试和比较新的镀膜。结果表明,Zn3N2薄膜直接光学带隙由氮分压调节的范围为1.18ev-l.50ev,氮分压比例增大,薄膜的光透明性减弱,和暴露的薄膜在空气中20天的测试后发现,透光膜显著增加,随衬底温度的升高,薄膜的生长增加;晶粒尺寸逐渐变大。诊断通过自制的朗缪尔双探针特性和光栅光谱仪对非平衡磁控溅射氩气等离子体。通过光栅光谱仪研究了Ar气等离子体随放电情况改变光谱强度的变化特性,  运用Langmuir双探针法测量不同放电条件下腔室内等离子体电子密度和电子温度。并对等离子电势随放电参数进行研究。通过测量放电参数随气压和功率的变化,得出非平衡磁控溅射等离子体的伏安特性曲线为异常辉光放电。在射频功率增加到200W时,射频放电从容性模式(E模)跳变到感性模式(H模),并且模式跳变幅度随着气压的升高而变小。实验中利用发射光谱法,氩离子对476.49nm Ar原子光谱谱线强度,603nm等离子体发射光谱随压力和功率的增加,RF功率对谱线强度的影响是显而易见的。用于测量的电子密度的朗缪尔双探针方法的变化规律,与E模式的变化到H模式转换的电子温度和等离子体电位相符合。Raman测试结果显示氮化锌薄膜的散射峰约在480cm-1处,550℃条件下制备的氮化锌薄膜的散射峰强度较高。从而我们可以看到等离子体可以完全的辅助生长出更加优秀更加耐用的薄膜  XRD测试结果显示在不同氮分压情况下,XRD的衍射峰择优出现在的Zn3N2(321),同时也出现了其他的峰值分别为的Zn(002)和的Zn(101)。随着氮比例的增加,Zn的衍射峰大部分消失,只剩Zn(002)的峰,并且其强度也削弱了很多。当氮比例继续增加,衍射峰择优生长在Zn3N2(321)上,也有一部分峰值出现在Zn3N2(431)和Zn3N2(622)。当氮分压为1∶1时,衍射峰择优出现在Zn3N2(321)上并且Zn3N2(431)和Zn3N2(622)的峰值基本消失殆尽。之后又提高了出现了Zn3N2(400)峰值,但是却没有择优出现峰值,在室温时,薄膜择优生长在Zn3N2(321),当温度升高到250℃时,出现了新的择优取向Zn3N2(400)当温度升高到300℃时,出现了更多的择优取向Zn3N2(222)、Zn3N2(400)、Zn3N2(622)。
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