CN1400331A - 固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法包括以下步骤:将衬底置于气相沉积反应室中,加热至150~700℃;以Zn的固态金属有机物作为原材料,置于反应室的石英管中,在100~400℃下升华或蒸发,成气态,并在压强为101~103Pa的生长气氛中发生分解或反应,在衬底上形成ZnO薄膜。本发明的优点是:1)采用固态源,排除了溶剂蒸气对ZnO薄膜的影响;2)真空度要求低,设备简单;3)薄膜的沉积速率快,生长效率高,适于批量生产;4)沉积得到的ZnO薄膜,显示出一种新的结晶学取向和结构特性。
Description
技术领域
本发明涉及固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法。
背景技术
化学气相沉积(CVD)是ZnO薄膜的一种重要生长技术,具有沉积速率快,生长效率高、结晶性能优异、薄膜均匀性较好等优点,而且还易于实施掺杂。用于生长ZnO薄膜的CVD有机源主要有:二水醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)、碱式醋酸锌(Zn4O(CH3COO)6)、2-乙基戊酸锌(Zn(C5H7O2)2)以及二乙基锌(Zn(C2H5)2)等。在目前已存在的CVD生长技术中,这些有机源均溶解在水、乙醇等溶液中,存在以下不足:
1)有机源的纯度受到溶剂纯度的限制;
2)溶剂蒸气会对薄膜生长过程中的热力学反应产生影响,而且也会对ZnO薄膜的质量产生影响。
3)有机源溶液及其输送装置与CVD真空室接口较为复杂,不利于密封。
发明内容
本发明的目的是提供一种固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法。该方法包括以下步骤:将衬底置于气相沉积反应室中,加热至150~700℃;以Zn的固态金属有机物作为原材料,置于反应室的石英管中,在100~400℃下升华或蒸发,成气态,并在压强为101~103Pa的生长气氛中发生分解或反应,在衬底上形成ZnO薄膜。
本发明中的Zn的固态金属有机物可以采用二水醋酸锌、碱式醋酸锌、2-乙基戊酸锌或二乙基锌。所说的气氛可以是真空、O2、Ar、N2中的一种或其混合气体,或掺杂气氛。掺杂气氛可以是NH3或N2O。
本发明的优点是:
1)采用固态源,排除了溶剂蒸气对ZnO薄膜的影响;
2)真空度要求低,设备简单;
3)薄膜的沉积速率快,生长效率高,适于批量生产;
4)沉积得到的ZnO薄膜,显示出一种新的结晶学取向和结构特性。
附图说明
图1是固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜装置示意图;
图2是一种ZnO薄膜的XRD图谱;
图3是另一种ZnO薄膜的XRD图谱;
图4是N掺杂ZnO薄膜的光学透射谱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
实施例1
将硅衬底1置于气相沉积反应室2中,加热至200℃;以固态二水醋酸锌作为原材料,置于反应室的石英管3中,在275℃下蒸发,成气态,并在100Pa的O2和Ar的混合气氛中,发生如下反应:
这里s和v分别表示固态和气态。在硅衬底1上沉积15min,形成ZnO薄膜。ZnO薄膜的结构特性如图2所示,它具有很好的(100)取向。
实施例2
将玻璃衬底1置于气相沉积反应室2中,加热至500℃;以固态碱式醋酸锌作为原材料,置于反应室的石英管3中,在230℃下升华,成气态,并在200Pa的O2气氛中,发生反应,在玻璃衬底1上沉积生成ZnO薄膜。ZnO薄膜的结构特性如图3所示,它具有(100)和(110)的混合取向。
实施例3
将蓝宝石衬底1置于气相沉积反应室2中,加热至500℃;以固态二水醋酸锌作为原材料,置于反应室的石英管3中,在250℃下蒸发,成气态;从反应室的进气口4通入NH3和O2为生长气氛,其中NH3为掺杂气体,气氛压强为200Pa;沉积20min,在蓝宝石衬底1上形成N掺杂的ZnO薄膜。N掺杂ZnO薄膜为p型半导体,其载流子浓度为1017cm-3,电阻率为32Ω.cm;在可见光区域透射率为85%,如图4所示。
Claims (4)
1、固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:将衬底置于气相沉积反应室中,加热至150~700℃;以Zn的固态金属有机物作为原材料,置于反应室的石英管中,在100~400℃下升华或蒸发,成气态,并在压强为101~103Pa的生长气氛中发生分解或反应,在衬底上形成ZnO薄膜。
2、根据权利要求1所述的固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法,其特征是所说的Zn的固态金属有机物为二水醋酸锌、碱式醋酸锌、2-乙基戊酸锌或二乙基锌。
3、根据权利要求1或2所述的固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法,其特征是所说的气氛是真空、O2、Ar、N2中的一种或其混合气体,或掺杂气氛。
4、根据权利要求3所述的固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法,其特征在于所说的掺杂气氛是NH3或N2O。
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