基于磁控濺射制備的ZnO-TFT的特性研究

梁浩（電子科技大學(xué)，四川 成都 610054）

基于磁控濺射制備的ZnO-TFT的特性研究

梁浩（電子科技大學(xué)，四川 成都 610054）

Zno薄膜因?yàn)榫哂邪l(fā)光波長(zhǎng)短，耐高溫的性質(zhì)而逐漸被科學(xué)界所關(guān)注，而磁控濺射制備ZnO-TFT的方法又是目前最為廣泛，被大家所認(rèn)可的技術(shù)之一。本文將介紹在磁控濺射制備存在的影響因素，以及對(duì)所得ZnO薄膜襯底材料的一些分析。

ZnO-TFT；磁控濺射；襯底材料

1 濺射過(guò)程

目前磁控濺射制備薄膜法是被大家所廣為接受的方法之一。但是在實(shí)際制備的過(guò)程中，仍然存在許多的可控因素會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定影響。我們分析了可能對(duì)我們的過(guò)程造成影響的部分因素，并將它們做成單一變量，進(jìn)行我們的實(shí)驗(yàn);

1.1 濺射功率對(duì)鍍膜的影響

濺射功率的不同會(huì)導(dǎo)致Ar的能量不同，從而影響到金屬靶位上的離子所獲得的能量。在濺射功率偏小時(shí)，脫離出來(lái)的離子的初始能量較小，因此沉積速率偏低，那些沉積到襯底上的粒子因此會(huì)因?yàn)槟芰窟^(guò)低的原因而不能擴(kuò)散，從而被之后的沉積的粒子覆蓋，這樣一來(lái)基底上成核的幾率會(huì)大大縮小。當(dāng)我們?cè)黾訛R射功率時(shí),按照上述過(guò)程，濺射得到的粒子所具有的動(dòng)能會(huì)更大，從而能夠在表面進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，于是有更高的可能性會(huì)在表面成核。但我們不能一味增加濺射的功率。當(dāng)濺射功率增加時(shí)，雖然雖然會(huì)提供薄膜的成核率，但晶體的c軸有序性遭到破壞，并且如果薄膜的沉積率也增大，那么相同時(shí)間內(nèi)被沉積的薄膜厚度也會(huì)相應(yīng)變大，薄膜的透過(guò)率也會(huì)降低，這將不利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行（可能對(duì)薄膜的遷移率和載流子濃度會(huì)有影響）。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中將濺射功率設(shè)為單一變量，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在功率為120w左右效果最佳，c軸有序性最強(qiáng)。

1.2 氧氬比

本實(shí)驗(yàn)中我們通入氧氣來(lái)作為反應(yīng)氣體，并通入氬氣來(lái)作為保護(hù)氣體，由于兩者的比例不同很可能會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同。適量的氧氣會(huì)在一定范圍內(nèi)降低薄膜中存在的本征缺陷，從而提高薄膜的結(jié)晶度。但是過(guò)多的氧氣又會(huì)導(dǎo)致其他問(wèn)題的產(chǎn)生。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中在其他條件為定值的情況下多次改變氧氬比。并將不同實(shí)驗(yàn)下所得到的結(jié)果進(jìn)行XRD分析。在升高氧氬比的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)在1：5的時(shí)候薄膜結(jié)晶質(zhì)量為最高，各項(xiàng)性質(zhì)滿足實(shí)驗(yàn)要求，但如果進(jìn)一步增大會(huì)降低薄膜表面的結(jié)晶質(zhì)量。故我們最好在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中選擇1:5的氮?dú)灞取?/p>

2 ZnO材料性質(zhì)

ZnO屬于II-VI主族寬禁帶直接帶隙化合物半導(dǎo)體，在室溫下測(cè)得的它的禁帶的寬度約為3.3eV。由于它們的發(fā)光波長(zhǎng)短，耐高溫、較其他材料易制備、污染小等優(yōu)秀特點(diǎn)，因此具有很大的可開(kāi)發(fā)空間，并且可以運(yùn)用在光電技術(shù)、軍工等領(lǐng)域有所貢獻(xiàn)。

根據(jù)以上理論，我們主要研究了采取不同材料作為襯底所濺射制得的ZnO薄膜的性質(zhì)的差異。我們采用了石英玻璃、n型單晶硅片（1 0 0）、p型單晶硅片（1 1 1）作為材料變量，并且通過(guò)X射線檢測(cè)技術(shù)（XRD）來(lái)分析所得的樣品。在通過(guò)濺射得到ZnOTFT的過(guò)程中，我們?cè)O(shè)定的各變量為：在靶位上安裝純鋅作為材料，腔體溫度為220℃，惰性氣體Ar作為載氣，O2作為反應(yīng)氣體，氧氬比為1：1，

濺射壓設(shè)為1.1Pa。經(jīng)過(guò)XRD實(shí)驗(yàn)后的分析結(jié)果如下表所示：

表1 不同襯底分析結(jié)果

從上表中我們可以看出，三種材料在一定溫度下都能具有c軸擇優(yōu)取向，但是具體性能仍然具有一定差別。標(biāo)準(zhǔn)ZnO峰位為34.45°，最接近它的取值為p型硅的34.29°，其半高全寬值也屬于三種材料中的最低值，所以無(wú)疑在這三種材料中p型硅是最理想的襯底材料。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)我們的研究，我們發(fā)現(xiàn)要制備性能最佳的ZnO-TFT來(lái)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，功率為120W左右的條件、1：5的氧氬比為最佳。在進(jìn)一步考慮襯底對(duì)結(jié)果的影響中，我們發(fā)現(xiàn)使用p型硅（111）為最理想襯底。

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[3]王怡，李合增，李東臨，郭瑞，射頻磁控濺射法ZnO薄膜制備工藝的優(yōu)化。2015（7）.

[4]高曉紅，王超，馬占敖，遲耀丹，楊小天，ZnO薄膜的射頻磁控濺射制備及性能研究。2008（12）.

梁浩（1997-），性別：男，漢族，四川省遂寧市，本科主要研究方向：光電信息科學(xué)與工程。