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基于PVD法的锌薄膜及特性研究

陆必志

  本论文对真空蒸发法和直流溅射法沉积锌膜的工艺进行了研究,结合XRD、SEM、AFM等分析手段,以探索这两种方法在制备锌膜方面的一般规律。利用X射线衍射法对锌膜物相进行了分析,结果表明锌膜的物相为单质锌,没有氧化锌和其它物质的物相,锌膜优先在(101)和(102)晶面上有序生长。实验研究了蒸发沉积条件对锌膜晶体形貌的影响,结果表明当加热电流较低或源基距较大时,晶体形状为叶片形;当加热电流较大或源基距较小时,晶体形状为不规则的三角形或四边形;在适宜沉积条件下,锌膜的晶体形状则为六边形。研究了蒸发沉积条件对锌膜晶体生长模式的影响,结果表明,在低加热电流或较大源基距条件下,锌膜倾向于三维岛状生长;在高加热电流或较小源基距条件下,锌膜则以二维层状生长。实验研究了薄膜沉积速率和基片温度对锌膜生长的影响,结果表明,当温度一定时,沉积速率越高,锌膜的形核速率也越高,形成的锌膜也就越致密;当沉积速率一定时,基片温度越高,锌膜的形核半径越大,锌膜的结晶粒度也就越大。实验比较了蒸发法与溅射法对锌膜结晶粒度的影响,真空蒸发法沉积锌膜的结晶粒度约为400nm,直流溅射沉积锌膜的结晶粒度约为50nm。利用AFM研究了加热电流、源基距对真空蒸发沉积锌膜表面形貌的影响,以及溅射电压、靶基距对直流溅射沉积锌膜表面形貌的影响。在加热电流为42A,源基距为2.0cm条件下,真空蒸发法沉积锌膜的平均表面粗糙度为30.0nm,轮廓最大高度为306nm,开方表面平均粗糙度为37.5nm,十点平均粗糙度为292nm。在溅射电压为1.6kV,靶基距为4.0cm的条件下,直流溅射沉积锌膜的平均表面粗糙度为5.98nm,轮廓最大高度为58.1nm,开方表面平均粗糙度为7.49,十点平均粗糙度为56.8。实验研究了沉积条件对锌膜沉积速率和表面形貌的影响,得到真空蒸发法沉积锌膜的适宜工艺条件如下:加热电流42A,源基距2.0cm,沉积时间15s,此时锌膜的沉积速率为21nm·s~(-1)。直流溅射法沉积锌膜的适宜工艺参数为:溅射电压1.6kV,靶基距4.0cm,惰性气体压力5Pa,沉积时间60min,此时锌膜沉积速率为0.018nm·s~(-1)。……   
[关键词]:真空蒸发;直流溅射;锌膜;生长模式;AFM
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中南大学2005年