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标题:

ZnO薄膜退火温度的研究

 

作者:

高帆
指导老师:赵亚丽

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实验目的

n        通过调研文献了解退火在薄膜制备过程中的作用。

n        通过实验观察退火温度对薄膜结晶性能的影响,并由此得到最合适的退火温度。

 

样品制备

l        设备 磁控溅射系统 muffle炉
l        靶材 ZnO 衬底->->->
l        真空度 2.5*10-3Pa
l        气体质量流量比 Ar:O2=14:10
l        反应气压 3Pa
l        溅射功率 80W
l        溅射时间 17min 膜厚 约100nm

l        退火时间 1h 退火温度->->->

n        退火温度的选择

注:玻璃熔点约600oC,硅熔点约1400oC。 退火炉的最高设置温度约1100oC。

测试分析

n        X射线衍射谱 (XRD)

l        玻璃衬底

 

 

v        分析:
Bragg公式,d为ZnO(002)晶面间距。

Scherrer公式 ,D为晶粒尺寸。

v        计算结果如下:

参数

1#

2#

3#

4#

d/nm

0.2637

0.2607

0.2600

0.2600

D/nm

14.78

16.14

22.20

25.37

玻璃衬底I、d、D曲线

v        随着退火温度升高,缺陷大量消失,晶粒长大,排列趋于均匀致密,C轴取向增

强,ZnO薄膜的结晶质量显著提高。

v        改变衬底材料,进一步提高退火温度...

l        硅衬底

v        分析:

用Bragg公式、 Scherrer公式计算,结果如下

参数

5#

6#

7#

d/nm

0.2629

0.2607

0.2622

D/nm

17.74

22.19

14.79

硅衬底I、d、D曲线

v        比较5#、6#样品,可得出与前述相同的结论。

v        比较6#、7#样品,退火温度过高,薄膜结构疏松,衍射峰强迅速下降。由于锌和氧

的热扩散或蒸发过度等原因,使缺陷浓度增加,样品的结晶质量下降。

n        光致发光谱 (PL)

l        硅衬底

激发波长:325nm
发光峰位:402nm近紫外峰
发光峰强:弱->强->弱
v        原生样品 浓度淬灭
v        退火温度合适 结晶完善
v        退火温度过高 结晶质量下降
 

实验小结

n        退火可以减少原生样品中的缺陷,改善其化学配比,有效提高其结晶质量,是溅射法制备薄膜必要的热处理工艺。

n        其他参数设定,制备ZnO薄膜合适的退火温度约为600oC,不同衬底还应考虑其熔点。

 

致谢

n        感谢物理实验中心为我们提供了优越的锻炼实验能力的平台!

n        感谢实验过程中指导过我们的许小亮老师,赵亚丽师姐和其他师兄师姐们!

n        感谢本组所有成员缪晓畅、谢炜宇、王艳倩、朱凌超、宋瑜、高帆、黄强、桑子儒为本实验所付出的不懈努力和辛勤劳动!

 

The end

Thank you!!!

<完>

中国科学技术大学 2003 by USTC

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