Синтез тонких пленок оксида цинка методом магнетронного распыления при высоких скоростях роста

• Автор: Аль-Тхуаели Садек Али Мохаммед
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. Литературный обзор
1.1. Общая характеристика оксида цинка
1.2. Методы получения кристаллов и пленок оксида цинка
1.2.1. Методы получения монокристаллов оксида цинка
1.2.2. Методы получения тонких пленок оксида цинка
1.3. Получение ориентированных и эпитаксиальных пленок ТпО методом магнетронного распыления. Скорости роста пленок
1.4. Модификация поверхности мишени при ионном распылении
1.5. Эмиссия микрочастиц при распылении и их влияние на ростовые
процессы формирования пленок
1.6. Учет кристаллохимической особенности оксида цинка в процессах кристаллизации. Постановка задачи исследования
ГЛАВА II. Методика эксперимента
2.1. Физика и техника магнетронного распыления
2.2. Описание установки магнетронного распыления
2.3. Методика подготовки подложек и изготовления мишеней 2пО
2.4. Электронографический метод оценки структурного совершенства поверхности подложек и пленок
2.5. Исследование морфологии поверхности мишени и пленок
2.6. Измерение плавающего потенциала, снятие осциллограммы зонда и питающего напряжения
2.7. Методика снятия спектров катодолюминесценции
ГЛАВА III. Закономерности формирования морфологии распыляемой мишени и эпитаксиальных пленок 2пО в условиях сильноточного магнетронного разряда
3.1. Особенности и техника эксперимента при больших токах магнетронного разряда

3.2. Закономерности формирования морфологии поверхности
мишени 2пО при высоких плотностях разрядного тока
3.3. Механизм формирования эпитаксиальных пленок ХпО
на сапфире при высоких скоростях роста
3.3.1. Микрометровые частицы 2пО на ростовой поверхности
3.3.2. Процессы самоорганизация микрочастиц Zr на
ростовой поверхности
3.3.3. Выбор подложки для эпитаксиального роста 2п
3.3.4. Механизм роста эпитаксиальных пленок 2пО по схеме «жидкость-кристалл»
3.4. Выводы к главе
ГЛАВА IV. Некоторые свойства эпитаксиальных пленок
оксида цинка
4.1. Термостимулированная проводимость в эпитаксиальных
пленках 2п
4.2. Температурная зависимость электропроводности пленок
оксида цинка в вакууме и на воздухе
4.3. Катодолюминесценция эпитаксиальных пленок 2пО
4.3.1. Влияние отжига в атмосфере кислорода на спектры катодолюминесценции слоев 2пО
4.3.2. Влияние отжига в атмосфере водорода на спектры катодолюминесценции слоев 2пО
4.4. Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В семействе широкозонных полупроводников оксид цинка (ZnO) является перспективным полупроводником в связи с возможностью его применения при создании различных компонентов электронной техники. Он является признанным материалом для создания высокоэффективных источников и приемников света, работающих в голубом и ультрафиолетовом диапазоне спектра, солнечных элементов, прозрачных контактов, сверхбыстрых сцинтилляторов, газовых сенсоров и др. Считается, что ZnO - материал, наиболее подходящий (из-за высокой энергии связи эксито-нов Е=60 мэВ) для изготовления лазера, работающего в ультрафиолетовом диапазоне при комнатной температуре. Однако, практическая реализация потенциальных возможностей ZnO задерживается из-за технологических проблем синтеза данного материала с необходимыми и воспроизводимыми свойствами.
Среди способов получения тонких пленок ZnO метод магнетронного распыления относится к одному из часто используемых методов. Процесс осаждения с использованием магнетронных распылительных систем (MPC) включает ряд стадий: образование ионов рабочего газа, бомбардировка мишени (процессы на поверхности мишени и в приповерхностном слое, сопровождающиеся различными видами эмиссии), массоперенос распыленных частиц через плазму, конденсация распыленных частиц на подложке, сопровождающаяся бомбардировкой ионами, нейтральными атомами, электронами и облучением светом (излучением) разряда. Из-за сложного характера такого процесса рассчитать его заранее невозможно. К примеру, в процессе распыления мишень при определенных условиях может подвергаться существенной модификации, а это в свою очередь, скажется на угловом, массовом, зарядовом, энергетическом распределении эмитируемых частиц. Указанные распределения существенно будут влиять на ростовые процессы формирования конденсата на подложке.

стал наиболее распространенным методом получения пленок оксида цинка. Опубликовано большое количество работ, в которых каждый из авторов приводит «свою» технологию получения высокоориентированных пленок 2п0.
В данном разделе дается обзор статьей, в которых приведены скорости роста пленок, и обсуждается влияние скорости роста на морфологию поверхности, структурное совершенство и свойства пленок ZnO.
Имеются статьи, в которых сообщается о влиянии местоположения подложки в распылительной системе на структурное совершенство и свойства получаемых пленок [79-81]. В работе [79] получены эпитаксиальные пленки ZnO на подложках из сапфира (0001) А12Оз высокочастотным магнетронным распылением со скоростью роста 0,24нм/с. Обнаружена зависимость структурного совершенства пленки от расстояния между мишенью и подложкой. Пленки, полученные при расстоянии 42 мм, показали хорошую эпитаксиальную структуру. При уменьшении расстояния от оптимального наблюдалось уменьшение интенсивности и уширение пика (0002), что может быть связано с распылением растущей пленки, обусловленной воздействием магнетронной плазмы. Морфология поверхности полученных пленок сопоставима с морфологией пленок, получаемых методом МЛЭ и МОСУЛ, что является основанием для предположения о двумерном механизме роста пленок.
Зависимость структурных и оптических свойств тонких пленок ZnO, выращенных магнетронным ВЧ распылением в атмосфере аргона от расстояния мишень-подложка и ВЧ мощности исследована в работе [80]. Пленки ZnO были получены на стеклянные подложки при температуре 200°С. Скорость роста определялась как отношение толщины пленки ко времени осаждения. Скорость роста оставалась почти постоянной для коротких расстояний мишень-подложка при фиксированной мощности разряда. С увеличением мощности увеличивается скорость роста пленки и при мощности 160 Вт достигнуто ее максимальное значение ~0,33нм/с, при которой еще сохраняется высокое структурное совершенство осадка (перпендикулярность с-оси кристаллитов поверхности подложки). Размер кристаллитов увеличивается с увеличением скорости роста. Это приводит к уменьшению напряжения в пленках,