Zn3N2薄膜的制備及光學(xué)特性研究.pdf

1、在科學(xué)技術(shù)日新月異的當(dāng)今社會(huì)，半導(dǎo)體薄膜材料以其優(yōu)異的半導(dǎo)體特性和特殊的小尺寸效應(yīng)已經(jīng)成為了科技材料研究的熱點(diǎn)。目前研究比較廣泛的是鋅類和氮族化合物，而Zn3N2正是兼屬于這兩類材料的特殊化合物。因此，近年來Zn3N2薄膜開始引起人們極大的研究興趣。Zn3N2具有較高導(dǎo)電率、高載流子遷移效率、低制備成本等優(yōu)點(diǎn);禁帶寬度大且寬度可調(diào);本征Zn3N2氧化后可獲得p型ZnO，幫助解決先前通過受主摻雜技術(shù)將本征n型ZnO轉(zhuǎn)變?yōu)閜型ZnO時(shí)，由于

2、受主雜質(zhì)固溶度低而導(dǎo)致轉(zhuǎn)變難以成功的問題。
　　本論文研究工作采用射頻反應(yīng)磁控濺射技術(shù)，用金屬鋅與氮?dú)夥磻?yīng)生長Zn3N2薄膜，研究基底材料、濺射功率、N2-Ar混合氣體流量比和基底溫度四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)Zn3N2薄膜生長質(zhì)量的影響。應(yīng)用多種檢測方法分析不同實(shí)驗(yàn)條件下生長的薄膜的晶格結(jié)構(gòu)、擇優(yōu)取向、晶粒尺寸、表面形貌、透過率及光波導(dǎo)特性。
　　在石英玻璃、單晶硅<100>和<111>三種不同基底上生長的Zn3N2薄膜，經(jīng)XRD檢測

3、后發(fā)現(xiàn)，石英玻璃基薄膜樣品在同組實(shí)驗(yàn)中具有最大的晶粒尺寸，最強(qiáng)的衍射峰和擇優(yōu)取向，且可獲得多晶結(jié)構(gòu)Zn3N2薄膜。
　　選定石英玻璃作基底，在不同的濺射功率下制備Zn3N2薄膜。XRD分析結(jié)果顯示，濺射功率在30W和60W時(shí)，生長的Zn3N2薄膜為準(zhǔn)單晶結(jié)構(gòu)，只有(321)擇優(yōu)取向，晶粒尺寸隨濺射功率提高而增大。濺射功率提高到90W時(shí)，薄膜結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嗑ЫY(jié)構(gòu)，出現(xiàn)(400)和(600)兩個(gè)衍射峰，擇優(yōu)取向由(321)變?yōu)?400)，

4、晶粒尺寸繼續(xù)增大。當(dāng)濺射功率繼續(xù)提高到150W后，由于薄膜與基底附著能力變差，薄膜質(zhì)量開始下降。應(yīng)用棱鏡耦合檢測薄膜的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在633nm波長下，無論是TE模還是TM模，其有效折射率均大于基底的折射率，且折射率隨濺射功率提高而增大，證明了樣品形成了Zn3N2/SiO2薄膜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
　　采用XRD分析不同N2-Ar流量比下薄膜的結(jié)晶情況和晶粒尺寸。隨著N2-Ar氣體流量比從2∶3提高到3∶2，Zn3N2生成量增多。在3∶2條件下

5、，薄膜結(jié)構(gòu)為多晶，晶粒尺寸增大。N2-Ar比提高到4∶1時(shí)，薄膜結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)單晶，只有(321)衍射峰，衍射峰強(qiáng)度和晶粒尺寸都繼續(xù)增大。薄膜透射光譜顯示，隨著N2-Ar流量比提高，薄膜透射率下降，表明薄膜厚度增大，致密性提高。且Zn3N2薄膜禁帶寬度大，不僅對(duì)可見光有較高透過率，而且在紫外光波段透過率隨波長增大而提高。
　　XRD結(jié)果顯示，200℃基底上生長的薄膜的晶粒尺寸比常溫基底上的小，說明高溫基底不利于Zn3N2薄膜的生長。在常