原子层沉积技术制备氧化锌薄膜及其性能的研究

摘要

氧化锌(ZnO)作为第三代半导体材料，由于其禁带宽度大，可以广泛的应用于制造蓝绿光和紫外光的光电器件，同时还具有电子漂移饱和速度高、介电常数小等特点，因此，成为当下半导体材料的研究热点。而原子层沉积技术(ALD)是近些年发展起来的薄膜制备技术，由于该技术制备的薄膜性能优异、厚度可控且保型性好，也越来越受到人们的关注。本文利用自主研制原子层沉积设备在蓝宝石衬底上沉积新型半导体材料ZnO薄膜，并通过对薄膜晶型与形貌的测试，完成对ALD技术所制备ZnO薄膜性能的分析。
　　1、采用热型ALD技术制备ZnO薄膜时，首先研究了锌源脉冲时间对ZnO薄膜性能的影响，实验中均得到了单一(002)晶向的薄膜。实验中还发现薄膜的厚度以及生长速率与锌源脉冲时间并无直接的联系，但是随着锌源脉冲时间的增加，薄膜结晶性能得到改善，粗糙度有所降低，载流子浓度从5.5×1019/cm3增加到7.6×1019/cm3，导电性得到增强。
　　2、采用热型ALD技术制备ZnO薄膜时，其次我们研究了生长的循环周期数对ZnO薄膜性能的影响。实验中发现，通过增加生长的循环周期数，可以使薄膜晶粒尺寸明显增大，结晶性得到了很大的改善。当循环周期数为1000时，晶粒尺寸可达到50纳米，约是200循环的2.5倍，因此可以通过控制生长的循环周期数来调节ZnO薄膜的晶粒尺寸。
　　3、针对常规ALD的技术难点和问题，首次提出可变电场调制的原子层沉积技术(E-PEALD)的概念，并从理论上分析E-PEALD技术对反应物的作用模式。
　　4、采用E-PEALD技术制备ZnO薄膜时，我们研究了所施加的电场方向对ZnO薄膜性能的影响，实验中发现，可通过控制所施加电场的方向来调节ZnO薄膜的晶向。同时还研究了所施加电场的强度对ZnO薄膜性能的影响，在电场方向为(Zn-/O+)时，可通过增大电场强度来提高薄膜在(002)晶向的单晶性。

目录

声明

致谢

摘要

序言

1 绪论

1．1 氧化锌(ZnO)概述

1．1．1 ZnO的基本性质

1．1．2 ZnO的应用

1．2 原子层沉积(ALD)

1．2．1 ALD技术的原理

1．2．2 ALD技术的特点及优势

1．2．3 ALD技术的难点

1．3 本文的主要研究内容及研究意义

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究意义

2 热型ALD技术制备ZnO薄膜性能的研究

2．1 研究锌源脉冲时间对制备ZnO薄膜性能的影响

2．1．1 实验部分

2．1．2 测试结果及分析

2．2 研究生长的循环周期数对制备ZnO薄膜性能的影响

2．2．1 实验部分

2．2．2 测试结果及分析

3 可变电场调制的原子层沉积技术(E-PEALD)

3．1 E-PEALD技术设计思想

3．2 E-PEALD技术对反应物的作用模式分析

3．2．1 E-PEALD技术对极性反应源分子的作用

3．2．2 E-PEALD技术对简单气体分子等离子体源的作用

3．2．3 E-PEALD技术对金属有机源等离子体的作用

3．3 E-PEALD系统装备设计

4 E-PEALD技术制备ZnO薄膜性能的研究

4．1 研究不同电场方向对制备ZnO薄膜性能的影响

4．1．1 实验部分

4．1．2 测试结果及分析

4．2 研究不同电场强度对制备ZnO薄膜的影响

4．2．1 实验部分

4．2．2 测试结果及分析

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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