[发明专利]室温下发射蓝光和紫光的氧化锌薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种室温下发射蓝光和紫光的氧化锌薄膜及其制备方法。

背景技术

ZnO是一类具有六方结构的宽禁带II-VI族化合物半导体材料，室温下直接禁带宽度为3.3eV，激子结合能高达60meV，在目前常用的半导体材料中首屈一指，这一特性使它具备了在室温下短波长发光的有利条件。ZnO具有同GaN相类似的结构，也使其具有室温下发光的条件。此外，ZnO具有很高的导电性，具有和其它氧化物一样的高稳定的物理、化学特性，而且在我国Zn原料来源丰富、价格低廉。因此，这些优点使ZnO成为制备光电子器件的优良材料，具有开发和应用的价值。

以ZnO为基质的各种发光材料已被深入研究和开发，制备ZnO薄膜的方法有很多种，如射频磁控溅射法、溶胶凝胶法、脉冲激光沉积法、化学气相沉积法、喷雾热解法、直流溅射法等。目前从经济效益和产业化角度看，众方法中射频磁控溅射法最具有优势：操作控制方便、设备维护简单、容易大面积成膜且组分均匀等优点。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种室温下发射蓝光和紫光的氧化锌薄膜及其制备方法，该方法经济实用，操作控制简便，获得的氧化锌薄膜蓝光和紫光发射较强，而可见区其它波长的发光被抑制。

本发明提供的技术方案是：一种室温下发射蓝光和紫光的氧化锌薄膜，由下述方法制得：采用射频磁控溅射法，以溅射仪为沉积设备，以纯度≥99.0％的ZnO粉末为原料制作的ZnO陶瓷靶材作为阴极溅射靶材；对溅射仪抽真空使本底真空度达1.0×10^-4～1.0×10^-5Pa；然后向溅射仪中通入氩气和氧气，使溅射气压为2.7Pa，调节靶基距为40～70mm；利用溅射气体氩气放电产生等离子体轰击ZnO陶瓷靶材，产生的溅射粒子在电磁场作用下沉积在衬底基片上形成ZnO薄膜；对ZnO薄膜在气氛环境中经退火处理，得到具有室温下发射蓝光和紫光的氧化锌薄膜。

本发明还提供了一种室温下发射蓝光和紫光的氧化锌薄膜的制备方法，采用射频磁控溅射法，以溅射仪为沉积设备，以纯度≥99.0％的ZnO粉末为原料制作的ZnO陶瓷靶材作为阴极溅射靶材；对溅射仪抽真空使本底真空度达1.0×10^-4～1.0×10^-5Pa；然后向溅射仪中通入氩气和氧气，使溅射气压为2.7Pa，调节靶基距为40～70mm；利用溅射气体氩气放电产生等离子体轰击ZnO陶瓷靶材，产生的溅射粒子在电磁场作用下沉积在衬底基片上形成ZnO薄膜；对ZnO薄膜在气氛环境中经退火处理，得到具有室温下发射蓝光和紫光的氧化锌薄膜。

上述所用阴极溅射靶材是采用传统的电子陶瓷工艺方法制作的。

上述所用氩气和氧气是99.99％的高纯度气体，氩气和氧气的质量流量比为1∶1～7∶1。

上述退火处理是在真空、氮气、空气或氧气环境中进行。

上述退火处理是在100℃～400℃温度下进行。

上述退火处理是将沉积在衬底基片上形成ZnO薄膜以1.5℃/s的升温速率从室温升至100℃～400℃，再保温1小时，然后自然冷却至室温。

本发明采用上述方法，是在室温条件下制备ZnO薄膜，ZnO薄膜在室温下具有极强的蓝光和紫光发光，而可见区其它波长的发光被抑制，薄膜的蓝光和紫光发光强度也具有可调节性、可控制性。本发明制备的ZnO薄膜适合于短波长发光器件的研究、开发，可应用于信息存储、光通信、医疗等领域。

具体实施方式

本发明的工艺流程如下：

1.清洗衬底基片，装入衬底基片和放置ZnO陶瓷靶材。

2.关闭溅射系统的气阀，抽真空直到本底真空度达1.0×10^-4～1.0×10^-5Pa。

3.引入高纯Ar、O₂，通过气体质量流量计调节Ar、O₂的比例在1∶1～7∶1之间。

4.调节溅射室的闸板阀，控制工作气压为2.7Pa。

5.调节靶基距为40～70mm。

6.施加射频源，启辉溅射，预溅射15分钟，去除靶材表面的污染物、杂质等。

7.将靶材和基片对准，产生的溅射粒子沉积到基片上形成ZnO薄膜。

8.沉积后的薄膜在退火炉中经不同工艺退火，然后自然冷却至室温。

附图说明

图1不同氩氧比条件下制备的ZnO薄膜的光致发光谱。

图2经过不同退火温度ZnO薄膜的光致发光谱。

图3不同靶基距条件下制备的ZnO薄膜的光致发光谱。

实施例1：