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氮化锌粉末与氮化锌薄膜的制备

作　者: 杜伟
导　师: 宗福建
学　校: 山东大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: Zn3N2 吸收系数 禁带宽度 磁控溅射
分类号: TN304.055
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


在氮化温度500-600℃，用Zn粉末与流动的NH3反应3小时，制备出高质量的Zn3N2粉末。用X射线衍射（XRD）测量了所制Zn3N2粉末的结构，发现NH3流量500ml／min，氮化温度600℃下反应3小时是制备Zn3N2粉末的最佳条件。在氮化温度600℃下制备的Zn3N2是具有立方结构的晶体，其晶格常数a为0.9788nm，与JCPDS文件中的0.9777nm一致，且其中的衍射峰与JCPDS文件中注明的Zn3N2的衍射峰数据符合的很好。用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）测量了粉末的表面形貌，发现Zn3N2粉末具有纳米线、六角形薄片和纳米球壳等非常丰富的表面形貌。 用射频磁控溅射法，分别用Zn3N2靶和纯Zn靶在石英村底和硅衬底上成功制备出Zn3N2薄膜并研究了薄膜的结构性质和光学性质及不同的溅射功率和溅射时间对Zn3N2薄膜性质的影响。通过对用不同的溅射靶在不同村底上制备的Zn3N2薄膜的研究发现： 1．原子力图像和X射线衍射谱表明，所制备的Zn3N2薄膜均具有立方结构。扫描电镜图像表明，同样的制备条件下在硅衬底上制备的Zn3N2薄膜更加致密，但是在石英衬底上制备的Zn3N2薄膜具有更加丰富的表面形貌。从中可以看到有六棱柱形晶粒。说明Zn3N2薄膜也具有丰富的表面形貌。 2．通过测量在石英衬底上制备的Zn3N2薄膜的透射谱，计算了薄膜的厚度，结合溅射时间发现用Zn3N2靶溅射的淀积速率比用纯Zn靶溅射的淀积速率小。通过计算Zn3N2的禁带宽度，发现Zn3N2应该具有间接带隙2.11eV（Zn3N2靶）或2.07eV（纯Zn靶），不同的衬底和不同的制备条件会导致禁带宽度略有不同。 3．溅射功率对制备的Zn3N2薄膜的结晶质量有很大影响。研究发现，在同样溅射30分种时，薄膜的结晶质量并不是随溅射功率的提高而提高，而是在110W的溅射功率下有最好的结晶质量。功率过大，反而会破坏Zn3N2薄膜的结晶质量。 4．溅射时间对制备的Zn3N2薄膜的性质有重大影响。原子力显微镜图像表明，随着淀积时间的增加，膜厚增加，可以看到Zn3N2薄膜晶粒逐渐增大，晶化程度提高，薄膜表面非常致密。相比较来说，用纯Zn靶制备的Zn3N2薄膜的晶粒比用Zn3N2靶制备的更大一些。用Zn3N2靶和纯Zn靶在石英衬底上制备的Zn3N2薄膜在可见光谱范围内的平均透过率在溅射30分钟到60分钟的时候迅速下降，60分钟至90分钟时下降趋于平缓。禁带宽度也有这样的变化趋势。对于禁带宽度的变化，可能的原因是在溅射30分钟的情况下，石英衬底中的氧参与了反应，

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章 引言  9-15
  1.1 概述  9-10
  1.2 Zn_3N_2的性质  10-11
    1.2.1 结构性质  10
    1.2.2 光学性质  10-11
  1.3 研究现状  11-14
  1.4 选题动机  14-15
第二章 制备与测量  15-28
  2.1 Zn_3N_2粉末的制备  15-16
    2.1.1 Zn_3N_2粉末制备所用设备  15
    2.1.2 氮化法制备Zn_3N_2粉末  15-16
  2.2 Zn_3N_2薄膜的制备  16-22
    2.2.1 溅射原理  16-17
    2.2.2 溅射系统  17-19
    2.2.3 靶的压制  19
    2.2.4 村底与衬底的清洗  19-20
    2.2.5 溅射法制备Zn_3N_2薄膜  20-22
  2.3 Zn_3N_2粉末和Zn_3N_2薄膜的测量  22-28
    2.3.1 结构性质的测量  22-26
    2.3.2 光学性质的测量  26-28
第三章 Zn_3N_2的结构性质  28-41
  3.1 Zn_3N_2粉末的结构性质  28-30
  3.2 Zn_3N_2薄膜的结构性质  30-34
  3.3 溅射功率对Zn_3N_2薄膜结构性质的影响  34-35
  3.4 溅射时间对Zn_3N_2薄膜结构性质的影响  35-41
第四章 Zn_3N_2薄膜的光学性质  41-52
  4.1 Zn_3N_2薄膜的光学性质  41-45
  4.2 溅射功率对Zn_3N_2薄膜光学性质的影响  45-47
  4.3 溅射时间对Zn_3N_2薄膜光学性质的影响  47-52
第五章 结论  52-54
参考文献  54-60
致谢  60-61
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  61-62
学位论文评阅及答辩情况表  62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料 > 一般性问题 > 制取方法与设备 > 半导体薄膜技术
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