CN1182273C - 固体源化学气相沉积生长ZnO薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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100Pa的O2和Ar的混合气氛中，发生如下反应：
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。
Claims (4)
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。
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