等离子体溅射法在蓝宝石(01 2)晶面上生长ZnO薄膜地应用.docVIP

等离子体溅射法在蓝宝石(012)晶面上生长ZnO薄膜的应用 来源：南京世锋科技等离子研究中心??2009-10-21 　　蓝宝石上外延生长ZnO薄膜在表面波和声光器件中有重要的应用.用微波电子回旋共振(ECR)等离子体溅射法在蓝宝石(012)晶面上外延生长了ZnO薄膜，膜无色透明，并且表面光滑，基片温度为380℃，为探索沉积工艺参数对薄膜结构的影响，用XRD对不同基片温度和沉积速率生长的ZnO薄膜进行了研究. PACC：0484 THE STUDY OF EPITAXIAL GROWTH ZnO THIN FILM ON A (012) SAPPHIRE SUBSTRATE USING ECR PLASMA SPUTTERING METHOD* WANG JIAN-HUA　YUAN RUN-ZHAN(State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070)WU QIN-CHONG　REN ZHAO-XING(Institute of Plasma Physics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031) ABSTRACT　　Epitaxial growth of ZnO film on sapphire substrate has important applications in surface acoustic wave and acousto-optical transducers.An epitaxial ZnO film has been grown on a (0112) sapphire substrate using ECR plasma sputtering method at a substrate temperature of 380℃.The film PACC： 0484 1　引言 　　随着声表面波(SAW)技术的发展，对更高频的SAW器件的需求日益增加，因而希望有高声速的基片材料，在蓝宝石基片上溅射沉积ZnO薄膜格外引人注目.如：当膜厚相当于SAW波长时，则SAW速率约为6000 m/s，高次模SAW传播的速度则高达7000 m/s以上［1］.这比LiNO3或石英的SAW速度大得多.　　众所周知，用溅射法能在玻璃衬底上生长c轴取向的ZnO薄膜，这种膜与衬底构成的层状结构可用于较低频段的SAW器件.当用于几百MHz以上的高频波段的薄膜SAW器件时，若构成器件的压电ZnO薄膜是多晶结构，则由于传播损耗大，而降低器件性能.这时就要使用单晶ZnO薄膜［2］.用化学气相沉积法生长的薄膜，沉积温度高，膜表面粗糙，用于SAW器件时需要抛光.将薄膜抛光到有确定的SAW相速度的一定厚度是很困难的.有文献报道，用射频溅射外延生长ZnO薄膜，不用抛光工序即可获得光滑的薄膜.但这时使用了掺Li2CO3氧化锌陶瓷靶，溅射沉积时，获得的薄膜晶粒大，工艺稳定性和重复性差，制作的薄膜器件传输损耗大，尤其是当Li+离子吸收了空气中的水分时，在薄膜的表面会产生LiOH，并降低器件的稳定性和可靠性［1，3—5］.　　微波ECR等离子体有许多优异的特性.人们已将这种等离子体用于了薄膜的沉积、刻蚀、氧化、掺杂和外延.利用ECR等离子体激发金属有机化合物的气相外延(MOVPE)GaN单晶膜［6］，沉积温度只有300—400℃，而常规的金属有机化合物气相外延生长GaN单晶膜则需要900—950℃，离子能量高会使沉积膜变成多晶，生长基片温度高，会造成薄膜中可能出现较多的缺陷.ECR等离子体离子能量较低，能在较低温度下成膜［7］，在200℃时沉积的SiO2膜的性质与热氧化的SiO2膜的性质相当［8］，在400—800℃时用SiH4能使Si同质外延生长［9］.我们用ECR等离子体溅射法在蓝宝石(0112)晶面上制备出表面光滑、平整、致密和透光性好，晶粒细小，高度c轴取向多晶ZnO膜［10］.研究了不同基片温度和沉积速率对ZnO薄膜结构的影响. 2　外延生长ZnO膜的实验过程 　　薄膜生长装置如图1所示，用提拉法生长的(0112)取向单晶蓝宝石(α-Al2O3)经抛光后作为基片，基片尺寸18 mm×12 mm，沉积温度由紧贴在基片架上的镍铬-镍铝热电偶测定.将蓝宝石基片放入三氯乙烯溶液中煮沸清洗，然后依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，用红外灯烘烤后立即放入沉积真空室抽真空至1.3×10-4 Pa.引入Ar气，开微波源，产生ECR等离子体，加基片压对基片轰击5—10 min，放下基片挡板，加靶负偏压