一种制备氧化锌薄膜的方法和氧化锌薄膜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明薄膜制备领域，具体涉及一种制备氧化锌薄膜的方法和氧化锌薄膜。
【背景技术】
[0002] ZnO透明薄膜具有优异的光电性能，且低廉成本，无毒，应用十分广泛。比如半导体 性质的氧化锌薄膜被用于在发光二极管和激光器等领域，而透明导电薄膜因为其近金属的 导电率，可见光范围内的高透射率等广泛地应用于太阳能电池、显示器和巡航导弹的窗口 等。
[0003] 为了制备理想的ZnO基透明导电薄膜，人们研究了多种制备方法。常用的有溅射 法，M0VCD (金属有机物化学汽相外延），CVD (化学气相沉积）和热蒸发等。脉冲激光沉积 法制备薄膜是近十年来迅速发展起来的一种全新的制备薄膜技术，它具有制备高质量的纳 米薄膜，保持靶与薄膜成分一致等突出的优点。脉冲激光沉积法制备ZnO透明导电薄膜的 研究尚不充分。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供利用脉冲激光溅射技术制备氧化锌薄膜的方 法。
[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006] -种制备氧化锌薄膜的方法，包括以下步骤：
[0007] (1)将衬底置于基片台上；
[0008] (2)在氧压多0? 2Pa，衬底温度在100°C -400°c的条件下，使用氧化锌靶材，采用 脉冲激光溅射的方法，在衬底上溅射沉积氧化锌薄膜。
[0009] 进一步的，所述氧化锌靶材的纯度为99. 99%。
[0010] 进一步的，所述步骤（2)是在在氧压等于0. 2Pa，衬底温度在300°C的条件下进行 的。
[0011] 进一步的，一种制备氧化锌薄膜的方法制备的氧化锌薄膜，该氧化锌薄膜具有c 轴取向，电阻率为0.004 Q ? cm、平均可见光透过率超过80%。
[0012] 本发明的有益效果是：在氧分压0. 2Pa、衬底温度300°C的条件下制备的ZnO薄膜 具有一定的c轴取向、导电性和透过率较好，电阻率为0. 004 Q ?_、平均可见光透过率超过 80%;随着氧分压的由0. 2Pa开始增大和衬底温度由300°C开始增高，薄膜的电阻率加大， 呈现半导体性质，从而达到了制造不同电阻率的薄膜的效果。
【附图说明】
[0013] 图1为不同温度生长的薄膜的XRD衍射曲线；
[0014] 图2为ZnO薄膜的（002)面的衍射峰位置与生长温度的变化关系；
[0015] 图3为ZnO薄膜（002)面的衍射峰半高宽FWHM与生长温度的关系图；
[0016] 图4为不同生长温度薄膜样品的电阻率变化趋势图；
[0017] 图5为不同氧分压下所制备的样品的XRD图谱；
[0018] 图6为不同氧压下样品的XRD衍射峰放大图；
[0019] 图7为不同氧压下沉积的ZnO薄膜（002)衍射峰的FWHM变化趋势图；
[0020] 图8为不同沉积氧压样品的（002)面衍射峰位变化趋势图；
[0021] 图9为不同氧压系列样品的电阻率变化趋势图；
[0022] 图10为最佳条件下制备的样品的透射谱图（已扣除衬底）。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0024] 实施例
[0025] 本实施例采用脉冲激光沉积（PLD)方法在石英玻璃衬底上制备了ZnO薄膜。激光 光源为德国LAMBDA公司生产研发的COMPEXPRO型准分子激光器，激光波长为248nm。实验 所用祀材为99.999%的2]1〇祀材。用1射线衍射（1-抑7(11€^^〇1:;[01131^))测量了薄膜样 品的晶格结构，以标准四引线法测量了薄膜的电阻率（P)，用台阶仪测试了薄膜厚度，并测 试了ZnO薄膜的透光性。
[0026] 实验中制备过程如下：实验中制备过程如下：
[0027](1)将洗好的玻璃衬底用银胶粘贴于基片台上；
[0028] ⑵将沉积系统抽真空达到10 4Pa。
[0029] (3)设定好衬底温度后加热；
[0030] (4)通入氧气、控制气体压强；
[0031] (5)打开激光光源，溅射沉积薄膜；
[0032] (6)沉积结束冷却至室温。
[0033] -方面，我们通过比较不同衬底温度下制备的样品性能，研究了衬底温度对ZnO 薄膜性能的影响。具体条件为固定氧压〇. 2Pa，激光频率5Hz，激光能量300mJ，沉积时间为 20分钟的条件下，改变衬底温度，分别为室温、20 °C、100 °C、200 °C、300 °C、350 °C。
[0034] 如图1所示，从XRD图谱可以看出室温下（20°C)制备的ZnO的薄膜并无明显的 衍射特征峰，表现为无择优取向的非晶结构。我们分析认为在衬底温度较低时，吸附于衬底 表面的Zn原子和0原子能量较小，迀移率很低，不能很好地迀移到能量最低的晶格位点，导 致薄膜原子杂乱排列形成非晶结构。相比之下在l〇〇-350°C温度条件下制备的其他样品都 在2 0 = 34. 4°和2 0 = 72. 4°附近出现了明显的衍射峰，分别对应于ZnO的（002)晶面 和（004)晶面的衍射特征峰。表明在衬底温度高于100°C时生长的ZnO薄膜均具有高度 的垂直于衬底表面的c轴取向。其中34. 4°处的（002)峰尤为明显，之所以存在高强度的 (002)衍射峰是因为ZnO的标准结构为六角纤锌矿结构，其（002)晶面的表面能密度最低， 因此在沿（002)晶面方向具有生长优势，呈现高度的c轴取向。在ZnO薄膜的生长过程中， 原子沿着[002]方向一层层往上沉积，最终形成柱状形式，呈现高度的c轴取向。
[0035] 我们对100°C至350°C生长的薄膜的XRD图谱进行了分析，不同衬底温度样品所对 应的（002)衍射峰位置和（002)衍射峰的半高宽FWHM等参数如下表一所示。
[0036] 表一：不同衬底温度样品所的（002)衍射峰位置和（002)衍射峰的半高宽FWHM等
[0037]
[0038] 如图2给出不同温度下制备的薄膜（002)衍射峰的位置变化，随着衬底温度从 100°C上升到350°C，薄膜的（002)衍射峰位置从33. 9°增加到34. 4°，渐渐接近ZnO块材 的标准（002)衍射峰34.4°。根据R.Lohmann等人的研究，这与薄膜中的应力变化有关。 随着衬底温度的上升，薄膜的结晶质量变好，内部应力在高温时释放，衍射峰位置逐渐移向 标准位置，体现出晶体结构随衬底温度升高而得到优化。
[0039] 如图3所示，随着衬底温度从KKTC上升到350°C，薄膜的（002)面衍射峰半高宽 FWHM从100°C时的0. 410°减小到300°C时的0. 202°。根据Scherrer公式，半高宽的减小 说明晶粒尺寸变大，薄膜结晶质量优化。由此可见，随着衬底温度的升高，原子的迀移能也 随着增大，原子获得足够的扩散激活能，迀移率增大，更有利于成核和结晶，晶粒趋于c轴 方向垂直生长，薄膜结晶质量提高，晶粒变大。
[0040] 不同生长温度系列样品的电阻率如图4所示。随着衬底温度的逐渐上升，电阻率 先下降后上升，在300°C的条件下生长的薄膜电阻率最小。对比先前的XRD分析可以看出 ZnO薄膜的电阻率与薄膜的结晶质量密切相关。随着衬底温度的上升，薄膜结晶质量得到优 化，晶粒尺寸变大，晶粒之间晶界变小，载流子迀移时受到散射中心的散射减弱