，从而电阻 率减小。衬底温度再继续升高时，晶粒尺寸变小，散射增强，电阻率增大。
[0041] 综上所述，实验表明衬底温度高于100°C时，ZnO薄膜具有c轴择优取向。随着衬 底温度从l〇〇°C上升到300°C，薄膜的（002)面衍射峰位置从33. 9°增加到34. 4°，半高宽 FWHM从0.410°减小到0.202°。衬底温度为300°C时制备的薄膜电阻率最低。由此可见， 用PLD法制备ZnO薄膜的最佳温度为300°C。衬底温度从300°C继续升高时，薄膜电阻率增 大。
[0042] 另一方面，我们研究了氧分压对制备ZnO薄膜性能的影响。
[0043] 在ZnO薄膜的沉积过程中，为了提高到达衬底上的Zn原子和0原子的结合几率， 需要适当的通入氧气，但过量的氧压又会影响薄膜的质量。所以要制备性能优良ZnO薄膜 必须找到合适的氧压，为此，我们在不同氧分压下制备样品，进行性能比较。具体生长条件 如下表二所示。
[0044] 表二：在不同氧分压下制备的系列样品信息
[0045]
[0046] 如图5所示，随着氧压逐渐升高，所对应样品的XRD衍射峰减弱。在氧压为0. 2Pa 时薄膜具有优良的c轴取向、晶粒较大，薄膜沉积质量很好。随着氧压的增加，薄膜的 c轴 取向性变差；根据Scherrer公式，半高宽的增加说明随着氧压的增加薄膜晶粒尺寸变小， 结晶质量变坏。图6是不同氧压下ZnO的（002)面衍射峰放大图，可以发现随着氧分压从 0. 01增大到0. 2Pa，（002)面衍射峰位先向低角度方向偏移，随着氧压的继续增加，（002)面 衍射峰又向高角度方向发生了偏移，所对应的（002)面衍射峰位置和（002)面衍射峰的半 高宽FWHM等参数已在表三中详细列出。
[0047] 表三：不同氧压下沉积的系列样品所对应的Zn0(002)面衍射峰位置和半高宽等
[0048]
[0049] 如图6、7所示，在沉积氧压为0.2Pa时，薄膜具有明显的ZnO(002)和（004)衍 射峰，峰的强度较大，半高宽FWHM较小（0. 202° )，表明在氧压为0. 2Pa时薄膜具有优良 的c轴取向、晶粒较大，薄膜沉积质量很好；沉积氧压为2Pa时，薄膜具有比较明显的XRD 衍射峰，但衍射峰的强度与0. 2Pa气压下的薄膜相比明显减小（7694)，半高宽FWHM增大 (0. 230° );随着氧压增大到10Pa和20Pa时这种衍射峰强度和半高宽FWHM的变化趋势进 一步延伸，衍射峰强度减小十分明显（l〇Pa时为6887 ;20Pa时为584)。可见随着氧压的增 加，薄膜的c轴取向性变差；根据Scherrer公式，半高宽的增加说明晶粒尺寸变小。这是因 为沉积气压低时，腔体中气体分子较少，等离子体中粒子经历的碰撞次数也较少，平均自由 程较大，溅射粒子到达基片后具有较高的能量，可以顺利地迀移到晶格点阵中能量低点， 生长出高度C轴取向且晶粒较大的ZnO薄膜。当氧压升高，腔体中气体分子数随之增多，溅 射粒子经历的碰撞次数增多，到达基片后的能量降低，迀移率也低，c轴趋向性减小，薄膜颗 粒尺寸减小，薄膜质量变差。
[0050] 再结合台阶仪对薄膜厚度的测试结果不难发现，随着氧压的增加，薄膜的厚度减 小。这也是因为当氧压升高，腔体中气体分子数增多，溅射粒子经历的碰撞次数增多，到达 基片的粒子数减少，到达基片上的等离子体没有足够的能量吸附在基片上膜的生长速度变 低，厚度减小。
[0051] 如图8所示，随着氧压从0.2Pa上升到20Pa，薄膜的（002)面衍射峰位置从 34. 307°增加到34. 518°，逐渐偏离ZnO的标准（002)面衍射峰。类似于上文对温度变量 组的分析，这种变化趋势与薄膜中的应力变化有关。随着氧压的上升，腔体中氧分子变多， 过多的氧停留在晶粒间界上，导致了缺陷的产生，过多的缺陷致使内应力增加，所以衍射峰 位置逐渐偏离标准位置，体现出晶体结构随氧压升高而变差。
[0052] 如图9所示，氧压过低（O.OlPa)时，制备的薄膜导电性很差，这和薄膜质量在结构 上的反映相一致。随着沉积氧压的逐渐上升，电阻率下降，在〇. 2Pa时电阻率达到最低值， 而后随着氧压的继续增加电阻率也随之上升。由前文对不同氧压样品的分析，在较高的氧 压情况下，随着氧压的增加，腔体中气体分子数增多，填补了薄膜中的氧缺陷，消减了 n型 导电从而电阻率增加。同时，溅射粒子经历的碰撞次数增多，迀移率降低，晶粒尺寸变小，电 阻率增大。随着氧压的上升，腔体中氧分子变多，过多的氧停留在晶粒间界上，导致了缺陷 的产生，晶粒的表面粗糙度也增大，过多的缺陷致使载流子受到的散射增加，薄膜的电阻率 变大。另外，随着氧压的上升，化学吸附的氧原子增多，氧原子从ZnO薄膜中获得两个电子， 导致耗尽层宽度增加，载流子浓度降低，也会导致薄膜电阻率上升。
[0053] 综上所述，我们用脉冲激光法在氧压为0. 2Pa条件下，制备出了具有高度c轴取 向，半高宽FWHM仅为0. 202°的ZnO薄膜，对比其他氧压下制备的薄膜，该条件下制备的薄 膜微观结构最优、导电性最佳。由此可见，用PLD法制备ZnO薄膜的最佳氧压为0. 2Pa。在 氧压大于0. 2Pa时，薄膜电阻率随氧压的增大而增大。
[0054] 如图10所示，样品透射谱线在光波长为375nm处急速增大，有一明显吸收边，吸收 边的存在表明ZnO薄膜的基本带隙跃迀特性，对应于ZnO的禁带宽度3. 37eV。在可见光区 域的平均透过率超过80%，具有很好的透光性，由于光的衍射影响而导致透射谱的波动较 大。
[0055] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种制备氧化锌薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将衬底置于基片台上； (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。2. 根据权利要求1所述的制备氧化锌薄膜的方法，其特征在于，所述氧化锌靶材的纯 度为 99. 99%。3. 根据权利要求1或2所述的制备氧化锌薄膜的方法，其特征在于，所述步骤（2)是在 在氧压等于〇. 2Pa，衬底温度在300°C的条件下进行的。4. 一种利用权利要求3所述的制备氧化锌薄膜的方法制备出的氧化锌薄膜，其特征在 于，所述氧化锌薄膜具有c轴取向，电阻率为0. 004 Q ?_、平均可见光透过率不小于80%。
【专利摘要】本发明涉及一种制备氧化锌薄膜的方法，属于薄膜制备领域，包括以下步骤：(1)将衬底置于基片台上；在氧压≥0.2Pa，衬底温度在100℃-400℃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,氧化锌靶材的纯度为99.99％。实验证明，氧压0.2Pa，衬底温度300℃的条件下制备的ZnO薄膜微观结构最优、导电性和透过率最佳。该薄膜具有高度c轴取向，半高宽FWHM仅为0.2°，电阻率为0.004Ω·cm、平均可见光透过率超过80％，随着氧分压和衬底温度的增大，薄膜的电阻率加大，呈现半导体性质，从而达到了制备不同电阻率薄膜的效果。
【IPC分类】C23C14/28, C23C14/08
【公开号】CN105112851
【申请号】CN201510579062
【发明人】陈莉萍, 郭雪祥, 何绿, 黄仕华, 郭海
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月11日