溶膠-凝膠法制備氧化鋅薄膜的研究

阮興祥，房慧*，黃燦勝，張富春，張威虎，楊延寧

（1廣西民族師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，廣西崇左 532200；2延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，陜西延安 716000；3西安科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，陜西西安 710054）

溶膠-凝膠法制備氧化鋅薄膜的研究

阮興祥1，房慧1*，黃燦勝1，張富春2，張威虎3，楊延寧2

（1廣西民族師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，廣西崇左 532200；2延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，陜西延安 716000；3西安科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，陜西西安 710054）

采用溶膠-凝膠法在鋅片和硅片表面制備氧化鋅薄膜。采用XRD、SEM等分析測(cè)試手段對(duì)比了不同的配置比和襯底對(duì)氧化鋅薄膜的相組成和顯微形貌的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與Si片相比，Zn片襯底對(duì)樣品的衍射峰幅度產(chǎn)生一定的影響；所制備出來的樣品都在衍射角2θ＝34.4°附近出現(xiàn)衍射峰；當(dāng)Zn2+濃度不同時(shí)，得到的ZnO薄膜的形貌不同。

薄膜；氧化鋅；溶膠-凝膠法

0 引言

氧化鋅作為第三代半導(dǎo)體材料，與氮化鎵一起具有近似的禁帶寬度和晶格常數(shù)，并且相對(duì)于GaN來說，ZnO具有更高的激子束縛能和熔點(diǎn)，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機(jī)電耦合性等。另外，ZnO薄膜制備出來較容易且該薄膜的外延生長所需要的溫度較低，所以ZnO薄膜在太陽能電池、紫外探測(cè)器、光發(fā)光二極管等方面具有廣泛的應(yīng)用[1-2]。目前，有很多方法被用于制備ZnO薄膜，例如：化學(xué)氣相沉積法、分子束外延法、溶膠-凝膠法等。在這些方法當(dāng)中，溶膠-凝膠法由于具備合成溫度低、成分可控、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而成為制備ZnO薄膜的最常用方法之一[3]。所以，本文就采用溶膠-凝膠法分別在硅片襯底和鋅片襯底上制備ZnO薄膜，結(jié)合XRD、SEM對(duì)ZnO形貌進(jìn)行表征，并對(duì)其特性進(jìn)行了分析。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 溶膠的制備

首先將無水乙醇倒入到裝有硅片和鋅片的燒杯中超聲清洗30分鐘以去除襯底表面的雜質(zhì)，然后用丙酮和四氯化碳體積為1:1的混合溶液超聲清洗30分鐘以去除油脂，然后用無水乙醇反復(fù)清洗15分鐘，最后用去離子水清洗。清洗完之后，取出硅片和鋅片，放入玻璃器皿中，拋光面向上，依次擺開，放入烘箱中烘干。向乙酸鋅中滴加乙二醇甲醚至40mL，然后在磁力攪拌器中攪拌一段時(shí)間后滴加與乙酸鋅等摩爾比的乙醇胺作為穩(wěn)定劑至溶液變?yōu)槌吻澹瑢⑴渲煤玫娜芤悍湃牒嫦渲姓{(diào)制溫度為60℃，若干小時(shí)后，配置的膠體溶液下降至25mL左右即可拿出。

1.2 薄膜的制備

采用旋轉(zhuǎn)涂覆工藝進(jìn)行鍍膜。將潔凈的襯底置于甩膠機(jī)的載物臺(tái)上并將襯底固定好，將膠體溶液用滴管滴到襯底上，然后以一定的速度旋轉(zhuǎn)將膠體溶液攤開，使其在襯底上均勻分布，得到ZnO系列凝膠膜。將得到的凝膠膜放在烘箱中進(jìn)行10~15分鐘的預(yù)熱處理。最后，重復(fù)4次上述過程，從而獲取所需膜的厚度。

經(jīng)過預(yù)熱處理后的ZnO系列薄膜在高溫下進(jìn)行退火。將鍍上薄膜的襯底放入馬弗爐中從室溫隨爐溫升溫，然后在550~750℃溫度下保溫，最后隨爐自然冷卻至室溫，得到ZnO薄膜襯底。

1.3 前驅(qū)體溶液的配置

用電子分析天平稱出乙酸鋅的質(zhì)量和等摩爾濃度的六次甲基四胺的質(zhì)量。然后配置60mL的乙酸鋅溶液和40mL的六次甲基四胺溶液。將以上兩種溶液分別在磁力攪拌器中攪拌至兩種溶液完全溶解，然后將六次甲基四胺溶液倒入到乙酸鋅溶液中繼續(xù)攪拌至兩種溶液充分反應(yīng)。然后在混合溶液中取出10mL至量筒中，清洗量筒和玻璃棒，然后分別在量筒中倒入35mL的混合溶液，把這35mL的混合溶液倒入放有鍍過膜襯底（拋光面朝上）的高壓反應(yīng)釜中，擰緊反應(yīng)釜蓋，放入烘箱中設(shè)置時(shí)間為3小時(shí)，溫度為90度。待3個(gè)小時(shí)后，將反應(yīng)釜從烘箱中取出，放到桌面上，大約1.5小時(shí)降至常溫。然后，擰開反應(yīng)釜蓋子，用大鑷子把襯底取出放到裝有去離子水的燒杯中清洗，然后放到濾紙上吸干水分，最后放到玻璃器皿中保存。

1.4 薄膜的表征

圖1 ZnO薄膜的XRD圖譜

圖1 為部分樣品XRD圖譜。圖1(a)(乙酸鋅1.7560g，0.08mol/L, NaOH 6.72g, 1.68mol/L)和(b)(乙酸鋅0.6586g, 0.03mol/L,六次甲基四胺0.4201g,0.03mol/L)為在Zn片上生長ZnO薄膜，(c)(乙酸鋅1.7561g, 0.08mol/L, 六次甲基四胺1.1202g, 0.08mol/L)和(d)(乙酸鋅2.195g, 0.10mol/L, 六次甲基四胺1.4g, 0.10mol/L)為在Si片上生長ZnO薄膜。從上述圖中可以看出，所制備樣品都在衍射角附近出現(xiàn)衍射峰。對(duì)比純ZnO晶體的JCPDS標(biāo)準(zhǔn)譜圖可知，在附近的衍射峰為ZnO晶體(002)晶面衍射峰。這表明，所有樣品均具有垂直襯底的c軸擇優(yōu)取向和較好的結(jié)晶性能。圖2為部分樣品的形貌。

圖2 ZnO薄膜的SEM照片

2 結(jié)論

與Si片相比，Zn片襯底對(duì)樣品的衍射峰幅度產(chǎn)生一定的影響；所制備出來的樣品都在衍射角附近出現(xiàn)衍射峰；當(dāng)Zn2+濃度不同時(shí)，得到的ZnO薄膜的形貌不同。

[1]李彤，介瓊，張宇等. NiO/ZnO薄膜太陽能電池的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào). 2013，7：136-139

[2]裴娟，韓亞楠. Zn/ZnO納米線電極的制備及其在柔性雜化太陽電池中的作用[J]. 河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,35（6）：543-547

[3]ZNAIDI L. Sol-gel-deposited ZnO thin films: A review[J]. Materials Science and Engineering B, 2010, 174(1/2/3): 18-30

羅德與施瓦茨公司在NAB2017展會(huì)上榮獲NewBay表現(xiàn)大獎(jiǎng)

R&S PRISMON是一款對(duì)視音頻業(yè)務(wù)進(jìn)行多畫面監(jiān)看、監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品。在此次NAB2017展會(huì)上，TV Technology組織授予這款產(chǎn)品NewBay表現(xiàn)獎(jiǎng)。NAB是世界性的廣播電視展覽會(huì)，內(nèi)容涉及融合媒體、娛樂產(chǎn)業(yè)、影視技術(shù)等各個(gè)方面。每一年，羅德與施瓦茨公司都會(huì)參加NAB展會(huì)，同時(shí)向業(yè)界展示公司最新的技術(shù)、產(chǎn)品和解決方案。

此次獲獎(jiǎng)的R&S PRISMON是一款完全基于軟件，同時(shí)創(chuàng)新的支持各種多標(biāo)準(zhǔn)、多協(xié)議的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。它既可以支持傳統(tǒng)的SDI信號(hào)，也可以支持最新的基于IP接口的各種協(xié)議，包括MPEGDASH, AIMS, ASPEN的業(yè)內(nèi)主流標(biāo)準(zhǔn)。未來的一些新的協(xié)議和媒體格式，也可通過軟件升級(jí)的方式輕松完成，這也使得R&S PRISMON成為廣播電視運(yùn)營商、流媒體服務(wù)提供商等可選擇的高性價(jià)比的監(jiān)測(cè)解決方案。

NewBay的表現(xiàn)獎(jiǎng)是TV Technology組委會(huì)召集專業(yè)的工程師以及業(yè)內(nèi)專家，綜合參選產(chǎn)品在創(chuàng)新性、功能設(shè)計(jì)、性價(jià)比、產(chǎn)品性能等作出評(píng)估的。

NewBay獎(jiǎng)項(xiàng)的獲獎(jiǎng)產(chǎn)品也將有機(jī)會(huì)在TV Technology獲得重點(diǎn)展示和宣傳的機(jī)會(huì)。TV Technology是廣播電影電視界的權(quán)威媒體，服務(wù)包括廣播、有線電視、節(jié)目制作、后期制作以及新媒體等眾多細(xì)分行業(yè)。

Study on Preparation of Zinc Oxide Thin Films by Sol-Gel Method

Ruan Qingxiang1,Fang Hui1,Huang Cansheng1,Zhang Fuchun2,Zhang Weihu3,Yang Yanning2
(1. College of physics and electronic engineering, Guangxi normal university ,Chongzuo Guangxi,532200;2 Yan' an university college of physics and electronic information ,Yan’an Shaanxi,716000;3.Communication and information engineering college of Xi' an university of science,Xi’an Shaanxi,710054)

The zinc oxide film was prepared on the surface of zinc sheet and the surface of silicon wafer by sol-gel method. The effects of different configuration ratio and substrate on the composition and microstructure of zinc oxide thin films were compared by XRD and SEM. The experimental results show that the Zn-based substrate has a certain effect on the diffraction peak amplitude of the samples compared with Si films. The prepared samples have diffraction peaks near the diffraction angle of 2θ＝34.4°. When the Zn2+concentration is different, the morphology of ZnO thin films is different

film; zinc oxide; sol-gel method

阮興祥（1988-），男，教師，碩士，從事信息處理與信息材料研究。

廣西自然科學(xué)基金（2015GXNSFBA139014）；2017年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目（2017KY0831）；廣西民族師范學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（2016QN002）；廣西民族師范學(xué)院中青年骨干教師科研啟動(dòng)項(xiàng)目；（2014RCGG001）；廣西民族師范學(xué)院科研項(xiàng)目（XYYB2011025）*為通信作者。