氮氩流量比对磁控溅射Zn3N2薄膜微观结构的影响

采用射频感应耦合等离子体增强磁控溅射装置在p型Si〈100〉基片上制备Zn3N2薄膜,用于研究不同氮氩流量比对薄膜结晶质量及微观结构的影响。用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）和四探针测试仪表征薄膜的微观结构、表面形貌和电学特性。实验结果表明：不同氮氩流量比条件下制备的Zn3N2薄膜均为多晶态,（400）,（411）和（332）晶面生长明显。随着氮氩流量比增加,（400）晶面衍射峰逐渐增加,在3∶1时达到极值,结晶度逐渐变佳;（332）晶面衍射峰逐渐减小,结晶度随之变弱;（411）晶面则无明显变化。随氮氩流量比增加,薄膜结晶度、晶粒尺寸和表面平整度先增加后减小。氮氩流量比为2∶1时,结晶质量和表面平整度达到最佳且导电性能最好,较大的氮氩流量比有利于磁控溅射制备性能更好的Zn3N2薄膜。

NH_3-Ar气氛下制备的Zn_3N_2薄膜的结构和光学性能(英文)

Zn3N2是一种宽带隙半导体材料,在温度高于400°C氧化可生成p型ZnO:N,p型ZnO:N在电子学和光电子学领域有广泛的应用.在NH3-Ar气氛下,用RF磁控溅射金属Zn靶在玻璃衬底上室温制备了Zn3N2薄膜.用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、X射线光电子谱分析仪、荧光分光光度计对Zn3N2薄膜的光学透过、光学吸收、结构、化学键态和光致发光进行了测量,研究了NH3分压对Zn3N2薄膜的结构和光学特性的影响.XRD分析表明Zn3N2薄膜呈现多晶结构,具有(321)择优取向,Zn3N2(321)衍射峰强度随NH3分压增加而增强.在NH3分压5%～10%制备的Zn3N2薄膜有较低透过率,透过率随NH3分压增加而提高.Zn3N2薄膜是间接带隙半导体,当NH3分压从5%变化到25%时,光学带隙从2.33eV升高到2.70eV.XPS分析表明Zn3N2薄膜在潮湿空气中容易水解.室温下Zn3N2薄膜在437nm和459nm波长出现了发光峰.

反应磁控溅射法制备Zn_3N_2薄膜的工艺研究

制备和研究高质量的Zn3N2薄膜有助于拓展新型薄膜材料体系。文章采用反应磁控溅射技术,研究不同的溅射功率、N2-Ar流量比、衬底类型和衬底温度等沉膜工艺对Zn3N2薄膜结晶质量的影响;采用XRD、SEM和AFM等测试手段,分析Zn3N2薄膜的微结构和表面形貌。结果表明:几种衬底上,以石英玻璃作衬底沉积的Zn3N2薄膜晶粒尺寸较大,衍射峰较强,且为多晶向薄膜;当N2-Ar流量比提高时,Zn3N2薄膜为单一择优取向的结晶薄膜;衬底温度升高后,Zn3N2薄膜晶粒尺寸减小,但是单一择优取向不变;溅射功率提高后,薄膜晶粒尺寸增大,择优取向改变,由单一晶向变为多晶向,以<100>晶向单晶硅作衬底可获得单一晶向Zn3N2薄膜,而以<111>单晶硅作衬底制备的Zn3N2薄膜经XRD测试,未检测到Zn3N2晶体。

衬底对原位氧化制备的ZnO薄膜结构和光学性质的影响

采用射频反应溅射法在不同衬底上制备Zn3N2薄膜,然后对其原位氧化制备ZnO薄膜。利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)等表征技术研究了不同衬底对ZnO薄膜的结晶特性和发光性能的影响。XRD研究结果显示:Zn3N2薄膜在500℃原位氧化3 h后完全转变为ZnO薄膜,在玻璃和熔融石英衬底上制备的多晶ZnO薄膜无择优取向,而单晶硅(100)衬底上的多晶ZnO薄膜具有较好的沿(002)方向的择优取向。PL测试结果显示:硅和熔融石英衬底上的多晶ZnO薄膜发光性能良好,激子复合产生的紫外发光峰很强,且半高宽较窄,而来自于深能级发射的绿色发光峰很弱;而玻璃衬底上的多晶ZnO薄膜发光性能较差。