基于磁控濺射制備的ZnO-TFT的特性研究

梁浩（電子科技大學，四川 成都 610054）

基于磁控濺射制備的ZnO-TFT的特性研究

梁浩（電子科技大學，四川 成都 610054）

Zno薄膜因為具有發光波長短，耐高溫的性質而逐漸被科學界所關注，而磁控濺射制備ZnO-TFT的方法又是目前最為廣泛，被大家所認可的技術之一。本文將介紹在磁控濺射制備存在的影響因素，以及對所得ZnO薄膜襯底材料的一些分析。

ZnO-TFT；磁控濺射；襯底材料

1 濺射過程

目前磁控濺射制備薄膜法是被大家所廣為接受的方法之一。但是在實際制備的過程中，仍然存在許多的可控因素會對實驗結果造成一定影響。我們分析了可能對我們的過程造成影響的部分因素，并將它們做成單一變量，進行我們的實驗;

1.1 濺射功率對鍍膜的影響

濺射功率的不同會導致Ar的能量不同，從而影響到金屬靶位上的離子所獲得的能量。在濺射功率偏小時，脫離出來的離子的初始能量較小，因此沉積速率偏低，那些沉積到襯底上的粒子因此會因為能量過低的原因而不能擴散，從而被之后的沉積的粒子覆蓋，這樣一來基底上成核的幾率會大大縮小。當我們增加濺射功率時,按照上述過程，濺射得到的粒子所具有的動能會更大，從而能夠在表面進行運動，于是有更高的可能性會在表面成核。但我們不能一味增加濺射的功率。當濺射功率增加時，雖然雖然會提供薄膜的成核率，但晶體的c軸有序性遭到破壞，并且如果薄膜的沉積率也增大，那么相同時間內被沉積的薄膜厚度也會相應變大，薄膜的透過率也會降低，這將不利于后續實驗的進行（可能對薄膜的遷移率和載流子濃度會有影響）。我們在實驗中將濺射功率設為單一變量，多次重復實驗，最終，實驗測得在功率為120w左右效果最佳，c軸有序性最強。

1.2 氧氬比

本實驗中我們通入氧氣來作為反應氣體，并通入氬氣來作為保護氣體，由于兩者的比例不同很可能會造成實驗結果的不同。適量的氧氣會在一定范圍內降低薄膜中存在的本征缺陷，從而提高薄膜的結晶度。但是過多的氧氣又會導致其他問題的產生。我們在實驗中在其他條件為定值的情況下多次改變氧氬比。并將不同實驗下所得到的結果進行XRD分析。在升高氧氬比的過程中，我們發現在1：5的時候薄膜結晶質量為最高，各項性質滿足實驗要求，但如果進一步增大會降低薄膜表面的結晶質量。故我們最好在實際實驗操作中選擇1:5的氮氬比。

2 ZnO材料性質

ZnO屬于II-VI主族寬禁帶直接帶隙化合物半導體，在室溫下測得的它的禁帶的寬度約為3.3eV。由于它們的發光波長短，耐高溫、較其他材料易制備、污染小等優秀特點，因此具有很大的可開發空間，并且可以運用在光電技術、軍工等領域有所貢獻。

根據以上理論，我們主要研究了采取不同材料作為襯底所濺射制得的ZnO薄膜的性質的差異。我們采用了石英玻璃、n型單晶硅片（1 0 0）、p型單晶硅片（1 1 1）作為材料變量，并且通過X射線檢測技術（XRD）來分析所得的樣品。在通過濺射得到ZnOTFT的過程中，我們設定的各變量為：在靶位上安裝純鋅作為材料，腔體溫度為220℃，惰性氣體Ar作為載氣，O2作為反應氣體，氧氬比為1：1，

濺射壓設為1.1Pa。經過XRD實驗后的分析結果如下表所示：

表1 不同襯底分析結果

從上表中我們可以看出，三種材料在一定溫度下都能具有c軸擇優取向，但是具體性能仍然具有一定差別。標準ZnO峰位為34.45°，最接近它的取值為p型硅的34.29°，其半高全寬值也屬于三種材料中的最低值，所以無疑在這三種材料中p型硅是最理想的襯底材料。

3 結語

通過我們的研究，我們發現要制備性能最佳的ZnO-TFT來進行科學實驗，功率為120W左右的條件、1：5的氧氬比為最佳。在進一步考慮襯底對結果的影響中，我們發現使用p型硅（111）為最理想襯底。

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[3]王怡，李合增，李東臨，郭瑞，射頻磁控濺射法ZnO薄膜制備工藝的優化。2015（7）.

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梁浩（1997-），性別：男，漢族，四川省遂寧市，本科主要研究方向：光電信息科學與工程。