[发明专利]一种利用氧化铁缓冲层制备氧化锌单晶薄膜的方法

摘要

一种利用氧化铁缓冲层制备氧化锌单晶薄膜的方法，其特征是方法步骤为：（1）对单晶的Mo(110)衬底进行表面清洁处理；（2）在超高真空条件下分别对高纯的铁和锌蒸发源进行预加热，去除表面吸附的杂质和氧化层；（3）在氧气氛中将铁蒸发到Mo(110)衬底上，形成铁的氧化物单晶薄膜；（4）在氧气氛中将Zn蒸发并沉积到氧化铁薄膜上，生长成ZnO(0001)单晶薄膜。本发明的优点是：通过在Mo(110)衬底上生长一层氧化铁薄膜作为缓冲层，提高了ZnO薄膜在衬底上的结晶度和沉积率，改善了薄膜结晶相的稳定性。

主权项

一种利用氧化铁缓冲层制备氧化锌单晶薄膜的方法，其特征是方法步骤为：（1）制作纯净铁源和锌源：先将纯度为99.99%以上的铁丝和锌丝用酒精和丙酮进行超声波清洗后，紧紧缠绕在纯净的钨丝上，再将铁和锌这两种金属源装入并固定于超高真空室中，形成铁和锌的蒸发源，采用直流电流加热法对这两个金属源加热，以除去表面吸附的气体杂质和氧化层，从而保证蒸发出来的金属原子具有很高的纯度；（2）单晶金属衬底表面清洁处理：即在真空室内通入1×10－5Pa的O2，使金属Mo(110)衬底在800～900℃的温度下退火10分钟，再关闭氧气并迅速将衬底加热至1300℃；按照上述过程反复操作几次后，再使衬底在1800～2000℃下退火，即得到表面完全清洁的金属衬底；（3）测定金属源蒸发速率：调节金属源的直流电功率，利用测厚仪测定铁和锌的蒸发速率，控制铁源和锌源的蒸发速率在0.1～0.4 nm/min之间；（4）生长氧化铁缓冲层：将Mo(110)衬底加热到350－400℃，并保持此温度不变，待铁源的蒸发速率稳定后，将衬底表面正对金属源，通入压强≤1×10－4Pa的O2，根据所需要的薄膜厚度，设定需要生长的时间；待生长完成后，关闭氧气阀，再以20‑30℃/min的速率将衬底温度缓慢地从350－400℃降至室温，这样形成了Fe3O4(111)薄膜，用作生长ZnO的缓冲层；（5）生长ZnO(0001)单晶薄膜：待锌源的蒸发速率稳定后，通入压强≤1×10－4Pa的O2，将ZnO在室温下生长在Fe3O4(111)薄膜上，根据所需要的薄膜厚度，设定需要生长的时间，待生长完成后，关闭金属源，以5‑10℃/min的升温速率将衬底温度增加到400℃左右，并保持10‑20分钟，然后自然冷却到室温，生长完成后进行升温退火处理有利于ZnO的再结晶，从而提高ZnO沿（0001）面的结晶质量。