一种提高氧化锌薄膜性能的方法转让专利
申请号 : CN200810186296.5
文献号 : CN101457340B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 王云飞 , 陈学康 , 杨生胜 , 李中华 , 郑阔海 , 王兰喜 , 冯展祖 , 高欣
申请人 : 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所
摘要 :
本发明公开了一种提高氧化锌薄膜性能的方法，属于表面工程技术领域。在27℃下，将在基底温度为200℃～300℃间镀制的氧化锌薄膜放置于真空室中并通入纯度为99.99％的氧气，之后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。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。采用本发明改善的氧化锌薄膜可在压电传感器，光学波导，表面超声波装置，气体传感器以及太阳能电池等器件的制备上得到广泛应用。
权利要求 :
1.一种提高氧化锌薄膜性能的方法，其特征在于步骤如下：步骤一、将在基底温度为200℃～300℃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4×10-4Pa；
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3×10-1Pa；
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45min；
上述处理过程均在27℃室温下进行。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种提高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300℃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。
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300℃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200℃～300℃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，提供一种提高氧化锌薄膜性能的方法。
其基本原理是：对在基底温度为200℃～300℃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。
一种提高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200℃～300℃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4×10-4Pa；
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3×10-1Pa；
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45min。
上述处理过程均在27℃(室温)下进行。
至此，就提高了氧化锌薄膜的性能。
有益效果
本发明提出的一种提高氧化锌薄膜性能的方法，通过将在基底温度为200℃～300℃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。
其基本原理是：对在基底温度为200℃～300℃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。
一种提高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200℃～300℃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4×10-4Pa；
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3×10-1Pa；
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45min。
上述处理过程均在27℃(室温)下进行。
至此，就提高了氧化锌薄膜的性能。
有益效果
本发明提出的一种提高氧化锌薄膜性能的方法，通过将在基底温度为200℃～300℃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。
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200℃～300℃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4×10-4Pa；
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3×10-1Pa；
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45min。
实施例
首先，将在200℃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4×10-4Pa；
然后，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3×10-1Pa；
之后，打开微波电源，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；
随后，在同轴放电腔前放置的钼板上加10V偏压，使得氧离子与钼板碰撞获得电子，形成原子氧并反射至样品架处与氧化锌薄膜发生作用。作用时间为60min，关闭微波电源，送气阀，放气，取出样品。
对上述改善性能后的氧化锌薄膜进行XRD和紫外-可见透射光谱分析。经原子氧作用超过60min后，氧化锌薄膜衍射峰强度增加为原子氧作用前的0.5倍，半高宽从0.278°降至0.25°，其禁带宽度由4.448eV降至4.4eV。
步骤一、将在基底温度为200℃～300℃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4×10-4Pa；
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3×10-1Pa；
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45min。
实施例
首先，将在200℃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4×10-4Pa；
然后，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3×10-1Pa；
之后，打开微波电源，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；
随后，在同轴放电腔前放置的钼板上加10V偏压，使得氧离子与钼板碰撞获得电子，形成原子氧并反射至样品架处与氧化锌薄膜发生作用。作用时间为60min，关闭微波电源，送气阀，放气，取出样品。
对上述改善性能后的氧化锌薄膜进行XRD和紫外-可见透射光谱分析。经原子氧作用超过60min后，氧化锌薄膜衍射峰强度增加为原子氧作用前的0.5倍，半高宽从0.278°降至0.25°，其禁带宽度由4.448eV降至4.4eV。