[发明专利]一种改善氧化锌薄膜性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善氧化锌薄膜性能的方法，属于表面工程技术领域。

背景技术

氧化锌是一种纤锌矿结构的直接带隙的宽带隙半导体材料，室温下带隙为3.37eV，激子束缚能高达60meV。采用薄膜制备方法制备的氧化锌薄膜具有多种优良的物理性能，化学稳定性好，材料来源丰富，价格低廉，无毒，易掺杂，在许多方面都有较大的应用潜力，例如：变阻器，压电传感器，光学波导，表面超声波装置，气体传感器以及太阳能电池等。

氧化锌薄膜的性能与镀制工艺和镀制条件有着密切的关系。目前，传统的镀制方法是用脉冲激光沉积(PLD)和磁控溅射薄膜沉积等方法在基底表面镀制氧化锌薄膜，采用这些方法镀制的氧化锌薄膜，其结晶质量较差，只有在基底温度高于600℃时才能得到结晶质量较好、禁带宽度较小的氧化锌薄膜，这又将导致薄膜镀制过程中能耗过大，成本过高。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的缺陷，为了能够改善在基底温度为300℃～550℃间镀制的氧化锌薄膜，使其结晶质量好、禁带宽度接近单晶氧化锌的数值，并且减少薄膜镀制过程中的能源消耗，降低成本，提供一种改善氧化锌薄膜性能的方法。

其基本原理是：对在基底温度为300℃～550℃间镀制的氧化锌薄膜，在27℃下，对氧化锌薄膜进行原子氧表面改性处理，使其结晶质量和光学性能得到明显改善。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种改善氧化锌薄膜性能的方法，其步骤如下：

步骤一、将在基底温度为300℃～550℃间镀制的氧化锌薄膜装在试样架上送入真空室，并对真空室进行抽真空操作，使真空室压力达到3×10^-4Pa以上；

步骤二、将纯度为99.99％的氧气通过气体流量控制器送入真空室中，使真空室中的压力保持在2×10^-1Pa；

步骤三、通过同轴放电组件将微波输入真空室中，使氧气在同轴放电腔中放电，形成氧等离子体；

步骤四、对在同轴放电腔前放置的金属板上加10V偏压，使氧等离子体中的氧离子与金属板碰撞获得电子，从而形成原子氧，将原子氧反射至样品架处与氧化锌薄膜发生作用，作用的时间要求不少于60min。

上述处理过程均在27℃(室温)下进行。

至此，就改善了氧化锌薄膜的性能。

经原子氧不同处理时间后的氧化锌薄膜样品的X射线衍射(XRD)和紫外-可见透射光谱如图1和图2所示。由图1可以看出，随着原子氧作用时间的增加，氧化锌(002)取向的X射线衍射峰明显增强，其半高宽呈下降趋势，说明氧化锌薄膜的结晶质量在原子氧的作用下得到明显改善。由图2可以看出，随着原子氧作用时间增加，氧化锌薄膜在可见光范围的透过率增加，其禁带宽度明显呈减少趋势，接近氧化锌单晶的禁带宽度。

有益效果

本发明提出的一种改善氧化锌薄膜性能的方法，通过将在基底温度为300℃～550℃间镀制的氧化锌薄膜与原子氧不断接触发生作用，使薄膜的结晶质量和光学性能得到明显改善，并且降低了氧化锌薄膜的镀制成本。

附图说明

图1为氧化锌薄膜在不同时间的原子氧作用前后的XRD图，其中，(a)为XRD图，(b)为氧化锌(002)衍射峰的半高宽变化示意图；

图2为氧化锌薄膜在不同时间的原子氧作用前后的紫外-可见透射光谱图，其中，(c)为紫外-可见透射光谱图，(d)为禁带宽度变化示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

步骤一、将在基底温度为300℃～550℃间镀制的氧化锌薄膜装在试样架上送入真空室，并对真空室进行抽真空操作，使真空室压力达到3×10^-4Pa以上；

步骤二、将纯度为99.99％的氧气通过气体流量控制器送入真空室中，使真空室中的压力保持在2×10^-1Pa；

步骤三、通过同轴放电组件将微波输入真空室中，使氧气在同轴放电腔中放电，形成氧等离子体；

步骤四、对在同轴放电腔前放置的金属板上加10V偏压，使氧等离子体中的氧离子与金属板碰撞获得电子，从而形成原子氧，并将其反射至样品架处与氧化锌薄膜发生作用，作用的时间要求不少于60min。

实施例1

首先，将在400℃基底温度条件下制备出的氧化锌薄膜装在试样架上送入真空室并进行抽真空操作，直至真空室的压力达到3×10^-4Pa；