Al-N 共掺杂制备ZnO 薄膜及其性能研究

赵文海 李敏君 赵祥敏 张 伟

（1.牡丹江师范学院 黑龙江 牡丹江 157012；2.牡丹江师范学院新型碳基功能与超硬材料省级重点实验室黑龙江 牡丹江 157012）

0 引言

ZnO作为一种宽带隙（禁带宽度为3.37eV）的光电半导体材料[3]，ZnO是II-VI族化合物，具有禁带宽、激子束缚能高，不仅能制成良好的半导体和压电薄膜，亦能通过掺杂制成良好的透明导电薄膜，此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。ZnO薄膜所具有的这些优异特性，因而被广泛应用于太阳能电池、液晶显示、透明导电膜（TCO）、气敏传感器、表面声波器件（SAW）、压敏器件、紫外光探测器、显示以等方面[4]。目前，对ZnO半导体材料研究的热点和重点在于：（1）如何获得性能优异且可重复生长的p型ZnO；（2）ZnO纳米结构的生长极其特殊性能的研究与应用。

实验

靶材：掺杂质量2%Al的ZnO：Al陶瓷靶

衬底：ITO（In2O3：Sn）玻璃、n-Si（111）、普通载玻片

靶基距：11cm

衬底温度：室温（RT）、150℃、250℃、300℃

工作气氛：Ar（99.99%）、N2（99.99%）

气体流量：Ar：25sccm、N2：25sccm

工作气压：1.6Pa

溅射功率：125W

溅射时间：30min

1 表面形貌

图1 不同衬底温度下制备Al-N共掺杂的ZnO薄膜AFM图像

如图 1 所示，（1）、（2）、（3）、（4） 分别代表衬底温度室温（RT）、150℃、250℃、300℃时 n型 Si（111）衬底表面溅射沉积的 Al-N 共掺杂的ZnO薄膜的AFM图像。

由图可知，随着衬底温度的不断升高，薄膜颗粒尺寸也相应变大。而且，与未掺杂的ZnO薄膜，在同样衬底温度下制备相比，Al-N共掺杂的ZnO薄膜颗粒尺寸明显降低。衬底温度的上升有利于提高薄膜的表面平整度，再与同样衬底温度下制备的未掺杂的ZnO薄膜的粗糙度相比，所制备Al-N共掺杂的ZnO薄膜是纳米级的，平整度较好，粗糙度较低，且变化较小。……