低温磁控溅射法制备氧化锌薄膜的光学性能研究

摘要

采用射频磁控溅射法,在较低的衬底温度(100℃)下,改变溅射时间,制备了一组氧化锌(ZnO)薄膜。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和紫外-可见分光光度计对制备的ZnO薄膜的微观结构、形貌和光学特性进行了研究。XRD图谱表明,制备的ZnO薄膜具有良好的结晶性和c轴择优取向,随着溅射时间的增加,(002)衍射峰的强度先增大后降低,溅射时间为40 min时,(002)衍射峰的强度达到最大,衍射峰半高宽最小;AFM测试表明制备的ZnO薄膜表面呈现球状颗粒,随着溅射时间的延长,薄膜的颗粒尺寸和表面均方根粗糙度均逐渐变大;EDS结果显示溅射时间较长(40min和60 min)的ZnO薄膜,O和Zn的原子比更接近1∶1。FTIR光谱中,发现位于408 cm-1附近的ZnO的E1(TO)声学模式和位于380 cm-1处的A1(TO)模式;拉曼光谱中,观测到了分别位于99 cm-1和438 cm-1处的ZnO的E2(Low)和E2(high)模式拉曼特征峰;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,ZnO薄膜具有高的透光率,平均透光率高于90%,ZnO薄膜的光学禁带宽度范围为3.27~3.28 e V,溅射时间为40 min时,ZnO薄膜的光学禁带宽度最接近单晶ZnO的。