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采用射频磁控溅射法在Si111衬底上生长βGa2O3薄膜.pdf
堂苎地等:采用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上生长p—Ga203薄膜
采用射频磁控溅射法在Si(I I I)衬底上生长D.Ga203薄膜
肖洪地,马洪磊,杨光,马瑾,林兆军,宗福建,张锡健,栾彩娜
(山东大学物理与微电子学院,山东济南,250100)
摘要:采用射频磁控溅射法在si(111)衬底上直接
沉积日一Ga203薄膜。通过x射线衍射光谱(XRD),原
子力显微镜(AFM)和傅立叶红外吸收光谱(FTdR)
研究了13-Ga203薄膜的生长和结构与退火温度之间的关
系。实验结果表明,直接沉积后的p、Ga203薄膜为非晶
态;当退火温度超过90012时,薄膜转变为多晶态,且
晶粒随温度的增加而增大;与体材料的B.Ga203的声子
频率相比,B-Ga203薄膜的红外吸收峰出现明显蓝移。
关键词: 射频磁控溅射;B.Ga203:温度:薄膜
中图分类号:TN304.2+3 文献标识码:A
文章编号: 1001.973l(2006)增刊.0001.03
1 引 言
Ga203包括六方晶型(a—Ga203),单斜晶型
(D·Ga203),四方晶型(T-Ga203)等5种结构【I】,其
中D.Ga:O,足一种宽带隙且具有良好的化学和热稳定性
的化合物。由于B.Ga203的光学带隙处于4.2~4.9eV[“1,
导电性可从绝缘体到导体连续变化【,】,因此其可应用于
高温化学气体传感器161,紫外透明导体[71,太阳能电池
181等方面。
在薄膜电致发光平板显示领域中,氧基荧光材料
因为它们的宽带隙(E4 eV)和不易结晶的性质,曾
并不被人们所看好。然而,随着一些关键技术的解决,
D.Ga:03作为一种新型的氧基电致发光荧光体基材料
19.I”,已经受到越来越多的关注。p-Ga203薄膜的制备方
法很多,较为常用的有射频磁控溅射法fl”、溶胶一凝胶
法【”1、化学气相沉积法t”】、激光脉冲沉积法【?、分子
束外延¨51等方法。人们常用A120,’3·1”、GaAs[“、CoGa
(100)㈣、GaNI”1、Ni(100)1191、Si(100)1211等材
料作为生长B.Ga:O,薄膜的衬底材料,但很少有采用射
频磁控溅射法在si衬底上沉积13-Ga203薄膜。
在本文中,我们采用射频磁控溅射法在Si(111)
衬底上生长B.Ga203薄膜。用XRD、FT-IR、AFM等技
术研究了退火温度对Ga203薄膜的结构和表面性质的
影响。
2实验
采用常规射频磁控溅射仪在Si(111)衬底上淀积
Ga203薄膜。所用的射频为13.56MHz。系统的基础真
空为5×10。Pa,溅射功率为150W。以99.999%的Ga,O,
烧结成的陶瓷靶作为源材料。靶的直径为6.4em, 靶
到衬底的距离为8cm。 溅射气体使用N:,溅射气压为
1.1Pa,溅射时间为90rain。在溅射过程中没有对衬底进
行有意加热。得到的Ga203薄膜厚度约为500nm。将
Ga203薄膜在常压下开放的空气气氛中退火20 min。
用Rigaku D/Max-rn型x射线衍射仪测定Oa203
薄膜的结构性质,射线为cuKⅨ,波长为0.15405nm。
用Nanoscope ma.Multimode原子力显微镜测试了样品
的表面形貌。用Nicolet 5DX傅立叶红外吸收光谱仪在
400~4000cm。的范围内对样品的缺陷进行了研究。
3结果与讨论
图1给出了在不同退火温度下(a.未退火,b.
8000C,C.9500C,d.10000C,e.10500C,f 1 100℃)退火
时间为20min后的Ga203薄膜的XRD谱。由图la可
阻看出.未经热退火的样品未出现除si衍射峰以外的
其它衍射峰。这表明该样品为非晶态,其原因可能是由
于在溅射过程中,溅射到衬底上的粒子的能量较低,没
有过多的能量进行重捧,故形成非晶结构的薄膜【”1。由
于热退火可以使薄膜由非晶态向内能最低的晶态转变,
因此我们对样品进行了热处理。图1b是在800℃下退
火的样品的XRD谱,与图1a一样我们也没有发现其
它衍射峰。这说明该温度所提供给非晶薄膜的能量不足
以使其发生重排。当退火温度为950C时,在XRD谱
中的2口z30.0806,31.700。,64.560。等处出现较弱
的衍射峰(图lc)。随着退火温度进一步增加.相同位
置衍射峰的强度相应增加(图1d~f)。这表明热退火温
度越高越有利于样品的晶化。与标准衍射卡(JCPDS,
Card No.11.370)相比较.可确定这三个衍射峰分别对
应于单斜晶系氧化镓(13-Ga203)的(004)、 (200)和
(12.2)方向。
收到稿件日期:2006.05—28 通讯作者:马洪磊
作者简介;肖洪地(i970一),男.工学博士,现在山东大学
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