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固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法

阅读：525发布：2021-02-27

IPRDB可以提供固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且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。，下面是固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法专利的具体信息内容。

权利要求

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1×101～1×103Pa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，其特征是所说的生长气氛是真空，或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。

说明书全文

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100 Pa的O2和Ar的混合气氛中，发生如下反应：

Zn(CH3COO)2・2H2O(s)→Zn(CH3COO)2(v)+2H2O(v) (1)

Zn(CH3COO)2(v)+H2O(v)→ZnO(s)+2CH3COOH(v) (2)

CH3COOH(v)+2O2(v)→2CO2(v)+2H2O(v) (3)

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。

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