专利名称：一种改善氧化锌薄膜性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种改善氧化锌薄膜性能的方法，属于表面工程技术领域。
背景技术：
氧化锌是一种纤锌矿结构的直接带隙的宽带隙半导体材料，室温下
带隙为3.37eV，激子束缚能高达60meV。采用薄膜制备方法制备的氧化 锌薄膜具有多种优良的物理性能，化学稳定性好，材料来源丰富，价格 低廉，无毒，易掺杂，在许多方面都有较大的应用潜力，例如变阻器， 压电传感器，光学波导，表面超声波装置，气体传感器以及太阳能电池
等o
氧化锌薄膜的性能与镀制工艺和镀制条件有着密切的关系。目前，
传统的镀制方法是用脉冲激光沉积(PLD)和磁控溅射薄膜沉积等方法 在基底表面镀制氧化锌薄膜，采用这些方法镀制的氧化锌薄膜，其结晶 质量较差，只有在基底温度高于60(TC时才能得到结晶质量较好、禁带宽 度较小的氧化锌薄膜，这又将导致薄膜镀制过程中能耗过大，成本过高。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的缺陷，为了能够改善在基底温度 为30(TC 55(TC间镀制的氧化锌薄膜，使其结晶质量好、禁带宽度接近单 晶氧化锌的数值，并且减少薄膜镀制过程中的能源消耗，降低成本，提 供一种改善氧化锌薄膜性能的方法。
其基本原理是对在基底温度为30(TC 55(TC间镀制的氧化锌薄膜， 在27"C下，对氧化锌薄膜进行原子氧表面改性处理，使其结晶质量和光 学性能得到明显改善。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种改善氧化锌薄膜性能的方法，其步骤如下
步骤一、将在基底温度为30(TC 55(rC间镀制的氧化锌薄膜装在试样架上送入真空室，并对真空室进行抽真空操作，使真空室压力达到3X
1()4Pa以上;
步骤二、将纯度为99.99%的氧气通过气体流量控制器送入真空室中， 使真空室中的压力保持在2X 10"Pa;
步骤三、通过同轴放电组件将微波输入真空室中，使氧气在同轴放 电腔中放电，形成氧等离子体；
步骤四、对在同轴放电腔前放置的金属板上加IOV偏压，使氧等离 子体中的氧离子与金属板碰撞获得电子，从而形成原子氧，将原子氧反 射至样品架处与氧化锌薄膜发生作用，作用的时间要求不少于60min。
上述处理过程均在27"C (室温)下进行。
至此，就改善了氧化锌薄膜的性能。
经原子氧不同处理时间后的氧化锌薄膜样品的X射线衍射(XRD) 和紫外-可见透射光谱如图l和图2所示。由图l可以看出，随着原子氧 作用时间的增加，氧化锌(002)取向的X射线衍射峰明显增强，其半高 宽呈下降趋势，说明氧化锌薄膜的结晶质量在原子氧的作用下得到明显 改善。由图2可以看出，随着原子氧作用时间增加，氧化锌薄膜在可见 光范围的透过率增加，其禁带宽度明显呈减少趋势，接近氧化锌单晶的 禁带宽度。
有益效果
本发明提出的一种改善氧化锌薄膜性能的方法，通过将在基底温度 为30(TC 55(TC间镀制的氧化锌薄膜与原子氧不断接触发生作用，使薄膜 的结晶质量和光学性能得到明显改善，并且降低了氧化锌薄膜的镀制成本。
图1为氧化锌薄膜在不同时间的原子氧作用前后的XRD图，其中， (a)为XRD图，(b)为氧化锌(002)衍射峰的半高宽变化示意图； 图2为氧化锌薄膜在不同时间的原子氧作用前后的紫外-可见透射光 谱图，其中，(c)为紫外-可见透射光谱图，(d)为禁带宽度变化示意图。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
步骤一、将在基底温度为30(TC 55(TC间镀制的氧化锌薄膜装在试样 架上送入真空室，并对真空室进行抽真空操作，使真空室压力达到3X 10—4Pa以上；
步骤二、将纯度为99.99%的氧气通过气体流量控制器送入真空室中， 使真空室中的压力保持在2X 10"Pa;
步骤三、通过同轴放电组件将微波输入真空室中，使氧气在同轴放 电腔中放电，形成氧等离子体；
步骤四、对在同轴放电腔前放置的金属板上加IOV偏压，使氧等离 子体中的氧离子与金属板碰撞获得电子，从而形成原子氧，并将其反射 至样品架处与氧化锌薄膜发生作用，作用的时间要求不少于60min。
实施例1
首先，将在40(TC基底温度条件下制备出的氧化锌薄膜装在试样架上 送入真空室并进行抽真空操作，直至真空室的压力达到3xlO—4Pa;
然后，将纯度为99.99%的氧气通过气体流量控制器送入真空室中， 使真空室中的压力保持在2xlO"Pa;
之后，打开微波电源，通过同轴放电组件将微波输入真空室中，使 氧气在同轴放电腔中放电，形成氧等离子体；
随后，在同轴放电腔前放置的钼板上加IOV偏压，使得氧离子与钼 板碰撞获得电子，形成原子氧并反射至样品架处与氧化锌薄膜发生作用。 作用时间分别为60min、 90min禾n 120min，关闭微波电源，送气阀，放 气，取出样品。
对上述改善性能后的氧化锌薄膜进行XRD和紫外-可见透射光谱分 析。分析结果参见图1和2，由图中可知，经原子氧作用超过60min后， 氧化锌薄膜(002)衍射峰强度增加为原子氧作用前的2.5倍，半高宽从 0.278°降至0.225°，其禁带宽度由4.448eV降至4.3eV;在原子氧作用 120min后，氧化锌薄膜(002)衍射峰强度增加为原子氧作用前的约3 倍，半高宽从0.278°降至0.21°，可见光范围透过率增加，其禁带宽度由 4.448eV降至3.78eV。实施例2
首先，将在30(TC基底温度条件下制备出的氧化锌薄膜装在试样架上 送入真空室并进行抽真空操作，直至真空室的压力达到3xl(T4Pa;
然后，将纯度为99.99%的氧气通过气体流量控制器送入真空室中， 使真空室中的压力保持在2xlO"Pa;
之后，打开微波电源，通过同轴放电组件将微波输入真空室中，使 氧气在同轴放电腔中放电，形成氧等离子体；
随后，在同轴放电腔前放置的钼板上加IOV偏压，使得氧离子与钼 板碰撞获得电子，形成原子氧并反射至样品架处与氧化锌薄膜发生作用。 作用时间为120min后，关闭微波电源，送气阀，放气，取出样品。
对上述改善性能后的氧化锌薄膜进行XRD和紫外-可见透射光谱分 析。分析结果表明，经原子氧作用120min后，氧化锌薄膜(002)衍射 峰强度增加为原子氧作用前的约3倍，半高宽从0.278°降至0.21° ;可 见光范围透过率明显提高，其禁带宽度由4.4eV降至3.8eV。
权利要求
1、一种改善氧化锌薄膜性能的方法，其特征在于步骤如下步骤一、将在基底温度为300℃～550℃间镀制的氧化锌薄膜装在试样架上送入真空室，并对真空室进行抽真空操作，使真空室压力达到3×10-4Pa以上；步骤二、将纯度为99.99％的氧气通过气体流量控制器送入真空室中，使真空室中的压力保持在2×10-1Pa；步骤三、通过同轴放电组件将微波输入真空室中，使氧气在同轴放电腔中放电，形成氧等离子体；步骤四、对在同轴放电腔前放置的金属板上加10V偏压，使氧等离子体中的氧离子与金属板碰撞获得电子，从而形成原子氧，将原子氧反射至样品架处与氧化锌薄膜发生作用，作用的时间要求不少于60min；上述处理过程均在室温下进行。
全文摘要
本发明公开了一种改善氧化锌薄膜性能的方法，属于表面工程技术领域。该方法对在基底温度为300℃～550℃间镀制的氧化锌薄膜，在室温下，对氧化锌薄膜进行原子氧表面改性处理，使其结晶质量变好、禁带宽度能够接近单晶氧化锌的数值，并且减少了薄膜镀制过程中的能源消耗，降低了成本。采用本发明改善的氧化锌薄膜可在压电传感器，光学波导，表面超声波装置，气体传感器以及太阳能电池等器件的制备上得到广泛应用。
文档编号C23C14/22GK101457341SQ20081018833
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者冯展祖, 李中华, 杨生胜, 王云飞, 王兰喜, 郑阔海, 陈学康, 欣 高 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所